基于微流控技术的光开关数值模拟分析-光学专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 南京邮电大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 研究生签名： 日期： 南京邮电大学学位论文使用授权声明 本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文 档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索； 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。 涉密学位论文在解密后适用本授权书。 研究生签名： 导师签名： 日期： 摘要 近年来，微流控芯片由于在集成化、微型化等很多方面具有的独特优势，得到了迅猛的 发展，并且在众多领域取得了显著的成果。微流控光学技术融合了微流控技术和光学技术， 在当前的应用中还比较新颖。微流控光学器件的种类日益繁多，而微流控光开关的研制也逐 渐成为其中的一个热点。由于微流控光开关的重复性好、尺寸小、可重构性好，它具有良好 的应用前景。 本文在微流控技术的基础上，利用 COMSOL 仿真软件，设计研究了一种由压力驱动的 1 ⅹ2 微流控光开关模型。该光开关利用微流道内不互溶液体界面形成了三层平面波导结构， 通过调节不同液体的入口流速可以控制光线的出射方向实现光开关的功能。本文主要研究了 对称结构和非对称结构的微流控光开关的流场、波导结构随流速的变化、光程与波导结构的 对应关系。研究表明，在非对称结构的微流控光开关中，下包层的入口宽度随着下包层的入 口流速的增加而增加；芯层的宽度随着下包层的入口流速的增加而减小，光程长是随着下包 层的宽度的变大而减小。在对称结构的微流控光开关中，当芯层的流速增大时，芯层的宽度 会随着芯层入口的流速的增大而增大；光程长是随着芯层的宽度的变大而增大。并且，根据 仿真结果得出了光开关在实现开时所满足的具体参数。 计算结果表明，可以通过调节芯包层流速的大小，控制芯包层液体的宽度，改变平面波 导的结构，以改变出射光的出射端口，实现光开关的切换。 关键词：微流控光开关，平面光波导，有限元方法，水平集方法，数值仿真 I Abstract As the microfluidic chip have many unique advantages in integration and microsize, it has been amazing developed in recent years and made a great achievements in many fields. While the optofluidics technology combine microfluidics with optical, and get the strength of these two fields. Thus, the microfluidic technology becomes more and more popular in mostly applications. While, the microfluidic optical switch is very attractive among these devices. As microfluidic optical switch can be used by many times, and the materials is little. So it will not waste any materials. Therefore, it has a brilliant future in the applications. On the base of microfluidic technology , a kind of 1ⅹ2 optical switch was designed by using the simulation software of COMSOL. It can form a three-level planar waveguide between the two different kinds of fluids, and realize the function through controlling the direction of