微流控光学是在微尺度上通过操控微流体达到调节系统光学特性的技术。微流控光开关在多个元件集成到单一微流控芯片并实现可重构的微流控光路中起重要作用。使用气动方式设计了一种光路可重构的2×2光开关。通过压缩气体驱动控制一个可调气隙反射镜的状态, 使光在微流道内交替发生透射和全反射, 实现光开关功能。通过在COMSOL软件中仿真分析, 得出其消光比为10.2dB、开关周期可达到60ms。结果显示, 该方法具有较好的开关性能。此开关可与其他器件集成, 制作复杂的微流控器件以实现其他不同的功能。

针对目前PMMA微流道加工质量差和效率低的问题,对飞秒激光直写PMMA制备微流道的工艺技术进行了研究。通过实验分析了不同激光参数对微流道的宽度、深度、粗糙度、微流道两侧堆积物火山口高度的影响及变化规律。实验结果表明,当激光扫描速度为20 mm/s时,激光功率为0.5 W时,微流道粗糙度较低且变化幅度不明显；激光能量从0.5 W增加到0.75 W时,微流道的宽度、深度与激光能量呈线性关系增加；激光功率大于0.5 W时,随着激光功率以及加工次数的增加,微流道宽度、深度、粗糙度以及堆积物火山口的高度逐渐增加。经过计算得出,PMMA的烧蚀阈值为0.357 J/cm2。通过优化工艺参数,制备出粗糙度较低、表面光滑、深度为16 μm的微流道芯片。

随着系统级封装（SIP）所容纳的电子元器件和集成密度迅速增加, 传统的散热方法（热通孔、风冷散热等）越来越难以满足系统级封装的热管理需求。低温共烧陶瓷（LTCC）作为常见的封装基板材料之一, 设计并研制了三种内嵌于LTCC基板的微流道, 其中包括直排型、蛇型和螺旋型微流道（高度为0.3 mm, 宽度分别为0.4, 0.5和0.8 mm）。通过数值仿真和红外热像仪测试相结合的方式分析了微流道网络结构、流体质量流量、雷诺数、材料热导率对内嵌微流道LTCC基板换热性能的影响, 实验结果表明: 当去离子水的流量为10 mL/min, 热源等效功率为2 W/cm2时, 直排型微流道的LTCC基板最高温度在3.1 kPa输入泵压差下能降低75.4 ℃, 蛇型微流道的LTCC基板最高温度在85.8 kPa输入泵压差下能降低80.2 ℃, 螺旋型微流道的LTCC基板最高温度在103.1 kPa输入泵压差下能降低86.7 ℃。在三种微流道中, 直排型微流道具有最小的雷诺数, 在相同的输入泵压差下有最好的散热性能。窄的直排型微流道（0.4 mm）在相同的流道排布密度和流体流量时比宽的微流道（0.8 mm）能多降低基板温度10 ℃。此外, 提高封装材料的热导率有助于提高微流道的换热性能。

介绍了采用CO2激光器对聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)板进行刻蚀制备微流道的工艺实验。通过实验分析工艺参数对微流道深度和宽度的影响及其中变化规律。结果表明，激光线能量密度与刻蚀微流道宽度两者关系呈指数增长，得到了线能量密度和微流道宽度的数学拟合公式，曲线和数据点拟合决定系数R2=0.96。当线能量密度小于300 J/m时，微流道深度与线能量密度呈近似线性关系；当线能量密度大于300 J/m时，偏离线性关系。通过理论计算得到在低线能量密度下微流道深度的变化曲线图，并与实际测量值吻合较好。最后，通过优化工艺参数，制备出微流道宽度为170 μm，深度为180 μm的生物芯片。

采用JK1002型NdYAG激光器、同步送粉系统，在塑胶模具钢HPM75基体上，熔覆316L不锈钢粉末，直接成形微流道模具。研究送粉量对熔覆道几何尺寸的影响，研究稳定送粉状态下送粉量与激光功率组合对熔覆质量的影响。结果表明，送粉量1.5～2.5 g/min，获得满足微流道模具几何尺寸要求的微细熔覆道；激光功率400 W和送粉量2.0 g/min组合，获得具有较好熔覆质量的微细熔覆道。采用CAD-Mastercam软件，规划特定形状微流道模具的激光扫描成形路径，采用优化的参数组合进行多层熔覆成形实验，成形出致密、硬度580 HV的微细熔覆道，经后续磨、铣削及少量抛光，制作出高0.1 mm,宽0.3 mm的熔覆道，满足工作技术要求的微流道模具样件，制作1件模具总耗时60～75 min。

采用Nd:YAG激光器,在真空环境下,进行高硬镜面塑胶模具钢(HPM75)的微流道沟槽激光铣削试验研究。研究真空环境下铣削机理及真空度对铣削尺寸和表面质量的影响。研制真空调节系统,调节激光铣削区域状态,进行大气环境和真空环境下的对比试验。结果表明,当真空压力在-0.07--0.5 MPa范围时,排屑量增加1.6%-3.3%。在铣削优化参数下,与大气环境下激光铣削相比,铣削宽度增加,排屑量增加;可以铣出的沟槽宽度和深度分别为0.225和0.058 mm;真空环境减小了背景气压阻力,提高了熔屑排除力,可以铣削出满足微流道沟槽尺寸和精度要求的沟槽,是一种有效的激光铣削加工辅助工艺。