提出以一种2×2微流控光开关为单元的N×N光开关阵列，采用波导结构，利用微流控气压驱动技术和压电陶瓷阀来控制各个微流道内气体和液体的相对位置，实现开关阵列的光路选择和开关功能。同时给出N×N光开关阵列的部分阻塞型和完全无阻塞型两种拓扑结构，研究和讨论了N×N光开关阵列的最优路径和光传输特性，并进行结构优化。研究结果表明N×N光开关阵列的插入损耗和串扰远小于一般光开关阵列。对于1550 nm波长，其中4×4光开关阵列的插入损耗为0.28 dB~0.54 dB，最大串扰为-43.5 dB~-23.2 dB。该研究实现了微流控光开关阵列，解决了一般光开关阵列中普遍存在的插入损耗和串扰大的问题，具有阵列可控性好、偏振相关性损耗可忽略、宽波带（从可见光到近红外波段）的优点。

文章提出了一种微流控多功能器件, 利用介质上电润湿(EWOD)效应灵活改变进光能量, 可实现可变光圈、可变光衰减器和光开关等多个功能。其具有结构简单、体积小、操作简便、应用广且灵活和成本低等优点。文章分析讨论了所提微流控多功能器件的光学特性并做了结构优化。研究结果表明, 所提微流控多功能器件的插入损耗很小, 仅为0.014 dB; 液体可变光圈的通光孔径变化范围为0~0.506 mm; 可变光衰减器理论上具有0 ~100% 的可变衰减范围, 外加 91.1 V电压时的衰减量为40.2 dB; 微流控光开关无电压时处于“关”状态, 外加电压大于135 V时, 处于 “开”状态。

设计了一种可调微流控光学变焦透镜,采用液压控制,主要结构包括微流道和微流体腔,由聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料结合软光刻工艺制成.利用COMSOL仿真软件展示了不同液压下微流体腔变形形成的双凸透镜和双凹透镜.利用ZEMAX进行光学仿真,得到各种透镜的焦距及光路图.提出了一种校正双凸透镜球差的方法.

设计了基于微环谐振器的溶液浓度传感器, 提出了一种溶液浓度测量的新方法。介绍了全通微环谐振器(MRR)的结构及传输机制和MRR浓度传感器的工作原理。根据电磁场理论得到了狭缝波导的特征方程, 计算了MRR的共振波长, 并以乙二醇溶液为例, 利用有限时域差分法模拟了外界环境浓度变化时微环的功率谱。模拟结果表明:随着乙二醇溶液浓度增大, MRR的谐振波长与乙二醇溶液浓度的变化近似呈线性关系, 与理论计算结果一致;并对该传感器的灵敏度进行计算, 结果显示灵敏度可达490.2 nm/RIU。采用MRR测量液体浓度成本低、结构简单, 能够实现对环境介质的快速精确测量。所设计传感器还可用于测量固体、气体浓度和其它与浓度、折射率相关的参量。

微流控光学芯片具有微型化、集成化、可调化的优势,其应用中常碰到的技术瓶颈是液体驱动技术。微量液体具有与大块液体不同的性质,利用其微观特性可发展新型液体驱动技术,该技术有利于微流控光学芯片的微型化、集成化及使用的灵活性。阐述了几种利用表面张力、热蒸汽、光压、Marangoni对流、磁场以及液体与电磁相互作用等驱动微液体的新型技术。

提出了一种微流控电调谐非机械空间光开关器件，该器件的基本形式为“光输入阵列+光交换空间+光输出阵列”的结构，采用“水/油/水”液体棱镜作为偏光控制单元.在特定电压范围(30~110 V)内，通过电润湿效应作用的液体棱镜光束偏转角可在约－15°~15°之间连续可调.由此可构造多种平面甚至立体光开关阵列.

微流控光学检测系统的微型化和集成化是微流控技术的发展趋势, 微量液体物质的旋光检测也是微流控光学技术的重要研究课题之一。分析了内含磁致旋光介质的旋光反射腔的偏光特性, 理论预言这种旋光反射腔具有旋光增强效应, 在此基础上提出了微量样品的旋光增强检测方法和器件设计原理。研究结果表明, 该方法可以在小光程限制条件下显著提高磁旋光介质的检测灵敏度。在不考虑样品吸收的情况下, 旋光增强法与普通消光法的检测灵敏度之比的极限约为78.5。该方法可以应用于微流控系统的旋光检测以及实现磁旋光仪器的小型化和微型化。

提出一种微流控光学变焦透镜阵列芯片,以解决变焦透镜阵列的电控调谐和集成化制造方法问题。该器件的基本形式为"上盖片+内芯+下盖片"的三明治夹心结构,采用导电材料制作内芯,使得器件的制作简化,易于集成。透镜材料由折射率不同的两种不混合液体组成,利用电润湿效应控制两种液体的界面曲率,从而实现微透镜阵列焦距的电控调节。