南京邮电大学,电子与光学工程学院、微电子学院,南京 210046
通常一种光开关只适用于一个特定的较窄领域。文章提出了一种基于介质上电润湿驱动技术的微流控矩阵光开关,可较广泛地应用于光通信和光电子系统中,并且结构简单、操作方便、偏振无关,易集成大型矩阵开关。文章给出了矩阵光开关的结构和工作原理,并设计了矩阵驱动电路。光开关的工作电压为58 V。研究结果表明:此矩阵光开关从“开”到“关”和从“关”到“开”的响应时间分别为120和100 ms;其插入损耗为0.26 dB,远比一般矩阵光开关低;消光比大,为139.7 dB。此外,文章给出了两种应用方案:光电显示器和多光束阵列开关。该课题的工作可为大型可集成矩阵光开关提供新的思路,并可促进微流控光学在光电子系统中的应用。
微流控光学 介质上电润湿效应 矩阵光开关 optofluidics electrowetting-on-dielectric matrix optical switch
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100191
传统的菲涅尔透镜在没有机械移动的情况下,不能进行主动轴向调焦。为了可以更好地将菲涅尔透镜应用于成像、显示、目标跟踪、光伏系统等领域,本文根据菲涅尔透镜的典型结构、基于电润湿效应提出了一种环形腔室的液体菲涅尔透镜。可以通过电压来控制环形腔室内液面的倾斜角度,从而控制光束的偏折方向,实现菲涅尔透镜轴向焦距调节的功能。实验结果表明,本文提出的液体菲涅耳透镜具备轴向调焦的功能,驱动电压约为20 V,饱和电压约为220 V,焦距变化范围为-52~-73 mm。
菲涅尔透镜 电润湿效应 变焦 Fresnel lens electrowetting effect zoom
1 苏州大学 机电工程学院,江苏苏州2502
2 河南工程学院 机械工程学院,河南郑州451191
为了便于在数字微流控芯片上实施完整且高自动化的生化分析,在一个柔性基底上将芯片的两种常规结构加以集成,建立混合式结构,并对液滴在封闭区和开放区之间的跨区往返运动进行研究。首先,根据力平衡分析法分析液滴在两区边界处的运动特性,推导出跨越边界的条件,得到实现两区运动的优化措施。接着,在三种柔性基底上实现液滴的两区往返运动。然后,分析了封闭区上极板空间横向位置和纵向位置对液滴两区运动的影响。最后,研究了上极板厚度对液滴两区运动的影响。实验结果表明:封闭区上极板横向位置模式Ⅱ以及薄的上极板有利于实现液滴的自由跨区往返运动,而且能够降低液滴的驱动电压;对于0.8~1.2 μL的液滴来说,以聚对苯二甲酸乙二醇脂(Polyethylene terephthalate, PET)塑料片材为基底的柔性芯片上封闭区极板间距控制在150~350 μm内可实现液滴的双向跨区运动。实验结果证明了液滴能够在封闭-开放区间自由往返运动,混合式结构便于实现在单一芯片上的液滴操作及高自动化程度的分析检验。
数字微流控 介电湿润 两区运动 混合式结构 digital microfluidic electrowetting-on-dielectric two-region motion hybrid configuration
为解决电润湿液体透镜调焦系统的单色像差随调焦过程中发生较大改变的问题, 提出利用梯度折射率分布可调的液晶透镜对系统单色像差进行校正的设计方案。在850 nm波长下, 采用液晶透镜对系统在无限远到200 mm间6种典型物距下的单色像进行校正。在系统像差最大的无限远物距下, 边缘视场的点列图几何半径从44.696 μm减小到7.423 μm, 其余视场下的弥散斑均减小到艾里斑以内, 系统单色像差得到了较好的校正。为减少液晶透镜响应时间, 将液晶透镜改为5个1/5盒厚的液晶透镜的叠层组合, 大幅提高了响应速度。研究发现, 此结构同样对系统在不同物距下的单色像差具有良好的校正作用。
电润湿液体透镜 液晶透镜 梯度折射率 单色像差校正 调焦系统 electrowetting liquid lens liquid crystal lens gradient index monochromatic aberration correction focusing system
南京邮电大学微流控光学技术研究中心,江苏 南京 210023
设计了一种基于介电润湿效应的叠加式液体透镜,分析其对含有曲率误差、倾斜误差和活塞误差的畸变波前的校正能力。采用COMSOL软件构建叠加式液体透镜模型,仿真模拟了不同电压组合下液体界面面型的变化情况,获得该叠加式液体透镜内双液体界面的变化范围;采用ZEMAX软件,借助点扩散函数变化,分析该透镜对波前任意点处曲率误差、倾斜误差和活塞误差的校正能力。结果表明:该叠加式液体透镜可以实现同时对不同类型畸变波前的校正,相应的峰谷值(PV)由校正前19.7853?下降到校正后0.18?,均方根值(RMS)由校正前5.6638?减小到校正后0.0355?,斯特列尔比(SR)由校正前的接近0值提高到0.962的较理想状态。
液体透镜 介电润湿 波前校正 斯特列尔比值 liquid lens electrowetting-on-dielectric wavefront correction Strehl ratio
南京邮电大学电子与光学工程学院微流控光学技术研究中心,江苏 南京 210023
为解决仿生复眼系统不能自适应变焦的问题,提出了一种基于介电润湿液体透镜曲面阵列的可变焦仿生复眼系统。分析系统结构对成像性能的影响,计算系统的自适应变焦能力及相应像平面可移动范围。结果表明:系统成像的视场角随着基底曲率的增大而增大。相比于非均匀透镜阵列,均匀透镜阵列可明显降低系统的离焦像差。适当减小子透镜单元尺寸,也可以达到降低边缘透镜离焦像差的目的。当物距或者接收器位置发生改变时,通过调整子透镜单元焦距降低系统的离焦像差。系统接收器可移动范围为1.9 mm~15 mm。
光学设计 介电润湿 复眼 液体透镜阵列 可变焦 optical design electrowetting-on-dielectric compound eye liquid lens array variable-focus
1 福州大学物理与信息工程学院, 福建 福州 350116
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室, 福建 福州 350116
3 福州大学先进制造学院, 福建 泉州 362200
当图像直方图为单峰时,传统大津法检测电润湿显示器缺陷时容易得到错误的结果,一些改进方法在缺陷处颜色深浅不一,且在背景与缺陷对比度较小的情况下分割结果不稳定。针对上述问题,提出了一种改进的最大类间方差法。为了提高直方图峰值与非峰值范围的差异,更好地提取峰值信息,在目标方差前添加了一个随灰度直方图梯度累积量增大而减小的权值,以保证本方法得到的阈值在单峰情况下始终处于单峰左侧。实验结果表明,相比大津法,本方法在多种应用场景下的平均误分类值降低了0.4781,平均缺陷分割率提高了0.6795;且本方法能成功分割出电润湿显示器缺陷和多种类型的缺陷,在缺陷与背景对比度较低时的分割效果更好。
图像处理 电润湿显示器 大津法 对比度 梯度累积量 缺陷检测 激光与光电子学进展
2021, 58(12): 1210003