[發明專利]微流體調控的三維太赫茲波光學窗口及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811494296.1
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN111290065B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 李琦;楊煒沂;鞠小晶
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G02B5/20
• 分類號: G02B5/20;G02B6/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發明公開了一種微流體調控的三維太赫茲波光學窗口及其制備方法和應用，屬于三維打印、太赫茲波應用技術及微流控芯片技術領域。結合無模直寫和微流體技術可以制備出光學特性可調的三維光學窗口。具有不同介電性質的流體流經由無模直寫技術構建的三維孔道結構時，由實時填充的流體和基體材料構成的三維光學窗口由于三維孔道中的微流體的介電性質實時可調，可以精確地調控太赫茲波段光學窗口的電磁響應，克服了傳統光學窗口一經制備其特性難以改變的缺點，可直接作為濾波器、檢測器、波導、光開關等光學功能單元使用。

技術領域

本發明涉及三維太赫茲光學窗口及光學功能單元技術領域，具體涉及一種微流體調控的三維太赫茲波光學窗口及其制備方法和應用。

背景技術

太赫茲波是指頻率在0.1-10THz(1THz＝10¹²Hz)的電磁波，其波長范圍在3mm-30μm。太赫茲波的高透性、瞬態性、低能量、相干性和指紋光譜等特性，使得太赫茲技術在無線通信、生物醫學成像、無損檢測、物質鑒別以及國防工業等領域有著巨大的應用潛力。太赫茲波光學窗口是指能夠對太赫茲波產生光學響應的光電器件，能夠調控太赫茲波的傳播，是太赫茲技術的關鍵器件之一。常規的太赫茲波光學窗口一旦成型，其光學特性無法改變，不利于對復雜樣品的檢測與分析。

光子晶體是由空間中周期排列不同的介質材料組成，其內部介電常數呈周期性排列，因此可以控制光子晶體內電磁波的傳播。具有光子晶體結構的光學器件具有體積小、效率高的特點。在太赫茲器件的制備方面，相比微波器件，太赫茲器件的尺寸更小，特別是具有三維光子晶體結構的太赫茲器件，傳統的加工方法往往很難達到精度要求。3D打印技術可實現特征尺寸為亞微米到數毫米的復雜三維結構的制備，為太赫茲器件的制備加工提供了一種新的方法。

無模直寫技術是3D打印技術的一種，其優勢在于可以方便地制備各種復雜三維結構，因此在很多領域獲得關注，可打印的材料范圍廣泛，金屬、陶瓷、樹脂等均可用于無模直寫打印。采用無模直寫技術可以方便地制備內嵌三維光子晶體結構的微流體芯片，微流體芯片中流體的介電性質直接決定了最終三維光學窗口的太赫茲波傳播特性，為新型的可調控太赫茲波光學窗口的設計提供了新的思路。

發明內容

本發明的目的在于提供一種微流體調控的三維太赫茲波光學窗口及其制備方法和應用，結合無模直寫和微流體技術制備出光學特性可調的三維光學窗口。具有不同介電性質的流體流經由無模直寫技術構建的三維孔道結構時，由實時填充的流體和基體材料構成的三維光學窗口由于三維孔道中的微流體的介電性質實時可調，可以精確地調控太赫茲波段光學窗口的電磁響應，克服了傳統光學窗口一經制備其特性難以改變的缺點，可直接作為濾波器、檢測器、波導、光開關等光學功能單元使用。

為實現上述目的，本發明采用以下方案：

一種微流體調控的三維太赫茲波光學窗口的制備方法，首先采用無模直寫技術制備具有三維連通孔道的基體，然后將基體固化，最后填充流體。所述的微流體調控的三維太赫茲波光學窗口的制備方法包括以下步驟：

(1)使用半固態的基體材料通過無模直寫技術制備出具有光子晶體結構的三維連通孔道的樣品，經固化處理后獲得具有三維連通孔道的基體；

(2)在步驟(1)所得基體的三維連通孔道內填充所需流體材料后，即獲得所述三維太赫茲波光學窗口。

本發明三維太赫茲波光學窗口包括具有三維連通孔道的基體和流體材料，所述三維連通孔道具有光子晶體結構，所述流體材料填充于所述三維連通孔道內；通過改變三維連通孔道中流體的介電特性來實現該光學窗口光學特性的實時調控。

所述基體上設有入口和出口，入口與出口分別與所述三維連通孔道相連接；通過外接驅動裝置(如注射器)可將不同介電特性的流體通過入口填充入所述三維連通孔道中。需要更換三維連通孔道內的流體時，將原有流體由出口放出，再通過入口填充入新的流體。