[發明專利]一種基于聲表面波折射率場虛擬雕刻的聲光透鏡芯片

有效

• 申請號: 202011403567.5
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112526777B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 韋學勇;秦咸明;陳軒;蔣莊德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G02F1/11
• 分類號: G02F1/11
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種基于聲表面波和聲光調制的平面可集成透鏡芯片，包括壓電基底，壓電基底的一側設有叉指電極，設有叉指電極的壓電基底一側鍵合有固體介質；使用時，將基于聲表面波和聲光調制的平面可集成透鏡芯片放置在目標前，叉指電極調節固體介質的密度，在固體介質內進行折射率場的虛擬雕刻；由目標所發出的光線經過固體介質內的折射率場調制后，光線產生偏轉，導致圖像的焦距產生變化；通過改變叉指電極上的電壓，調整焦距，使得最終所呈的像為清晰的圖像；本發明適用于組織體模等散射介質。

技術領域

本發明屬于表面聲波技術與光學技術領域，具體涉及一種基于聲表面波和聲光調制的平面可集成透鏡芯片。

背景技術

基于壓電材料和叉指電極(Interdigital Electrode,IDT)的聲表面波器件有著悠久的歷史和廣泛的應用，平面聲表面波器件最初被用作雷達，然后是濾波器、光柵、聲光調制器、生物傳感器和聲鑷。近年來，聲流控器件，特別是基于微機電系統(Micro electromechanical system,MEMS)技術的聲表面波(Surface Acoustic Waves,SAW)微流控器件，因其具有溫和、無標記的分選能力而備受關注，其可以實現粒子和液滴的混合、聚合、驅動、排列、分離，甚至控溫或傳感等，使聲表面波器件在生物學、化學甚至法醫學分析等領域成為一種強大而先進的工具。

微尺度光學元件在成像顯示技術、生物傳感、光調制、光開關、波前分析和器件小型化等方面發揮著重要作用，在這些器件中，平面器件具有更多的優點。薄而輕的外形尺寸，以及與微加工技術的兼容性，使得它們非常適合與MEMS系統集成，平面聲表面波光學器件通常用作聲光偏轉器或聲光頻移器。與之不同的是，圓柱形聲光調制器可以聚焦和調制準直光源并形成圖像，利用圓柱形超聲波陣列，可以在介質中雕刻出復雜的光圖案。此外，這種利用聲波改變介質折射率分布的方法可用于通過混濁介質傳輸底層結構的圖像，作為植入有創內窺鏡的潛在替代方案。

然而，這些聲光透鏡(為了區別于用于聚焦聲波的聲學透鏡，利用聲波聚焦光束的虛擬透鏡暫稱為聲光透鏡)是基于空心圓柱形聲換能器，意味著換能器必須完全包裹在介質中才能實現虛擬光波導的超聲雕刻；圓柱形超聲波傳感器具有非常好的成像性能，但限制了待觀察樣品的尺寸和類型，例如，樣品不能大于圓柱體，除非將其截下一部分觀察；這種聲光透鏡體積碩大，很難被集成在MEMS系統中。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供了一種基于聲表面波和聲光調制的平面可集成透鏡芯片，在固體介質內進行折射率場的虛擬雕刻，使用叉指電極產生聲表面波調制垂直于芯片入射的光線，并調節圖像的光強和清晰度，并適用于組織體模等散射介質。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于聲表面波和聲光調制的平面可集成透鏡芯片1，包括壓電基底1-1，壓電基底1-1的一側設有叉指電極1-2，設有叉指電極1-2的壓電基底1-1一側鍵合有固體介質1-3。

使用時，將所述的基于聲表面波和聲光調制的平面可集成透鏡芯片1放置在目標2前，基于聲表面波和聲光調制的平面可集成透鏡芯片1垂直于目標2所發出的光束放置，叉指電極1-2調節固體介質1-3的密度，在固體介質1-3內進行折射率場的虛擬雕刻；由目標2所發出的光線經過固體介質1-3內的折射率場調制后，光線產生偏轉，導致圖像的焦距產生變化；通過改變叉指電極1-2上的電壓，調整焦距，使得最終所呈的像為清晰的圖像3。

所述的基于聲表面波和聲光調制的平面可集成透鏡芯片1能夠調制垂直于芯片入射的光線。

所述的基于聲表面波和聲光調制的平面可集成透鏡芯片1為平面形狀的芯片，易于集成在MEMS系統中，能夠直接附著在樣品上使用。

所述的基于聲表面波和聲光調制的平面可集成透鏡芯片1能夠用于散射介質，散射介質包括組織模型或皮下脂肪層，提高通過散射介質拍攝的圖像清晰度。

本發明的有益效果為：