基于波導(dǎo)光驅(qū)動的光馬達(dá)技術(shù)研究.pdf

1、馬達(dá)作為微流系統(tǒng)中攪拌器，在微全分析系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的角色。為了獲得高轉(zhuǎn)速、非接觸驅(qū)動的高性能馬達(dá)，人們開始使用光驅(qū)動。光致旋轉(zhuǎn)是實(shí)現(xiàn)微機(jī)械馬達(dá)的有效手段。由于傳統(tǒng)激光驅(qū)動裝置的復(fù)雜性，并且考慮到應(yīng)用波導(dǎo)光驅(qū)動具備體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、易操作、易封裝固定等優(yōu)點(diǎn)，尤其在微流系統(tǒng)中，本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金儀器專項(xiàng)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：60927008)的主要研究內(nèi)容，基于波導(dǎo)光驅(qū)動的光馬達(dá)系統(tǒng)，并主要對微轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計、光學(xué)驅(qū)動

2、力矩的理論建模和計算以及與微流相互作用仿真等問題進(jìn)行了研究。
　　 本文根據(jù)光束的線性動量引起的光致旋轉(zhuǎn)原理，首先設(shè)計了具有特定外形結(jié)構(gòu)的“類風(fēng)車”結(jié)構(gòu)的微轉(zhuǎn)子，然后利用光束正出射端出射光場和波導(dǎo)的倏逝場驅(qū)動微轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。然后，針對本文所設(shè)計的“類風(fēng)車”結(jié)構(gòu)的微轉(zhuǎn)子，運(yùn)用了時域有限差分法和光線-波動光學(xué)復(fù)合計算模型對微轉(zhuǎn)子的光驅(qū)動力和旋轉(zhuǎn)力矩進(jìn)行了嚴(yán)格的理論計算，所求得旋轉(zhuǎn)力矩結(jié)果不僅優(yōu)化了微轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)，而且證實(shí)了帶有半圓柱側(cè)面

3、的微轉(zhuǎn)子相比于Ukita提出的毽子狀微轉(zhuǎn)子具有的優(yōu)越性。另外，又通過應(yīng)用Comsol Multiphysics的流體動力學(xué)計算分析模塊對光馬達(dá)附近的微流情況進(jìn)行仿真，從而評估所設(shè)計的光馬達(dá)在樣本溶液中的性能和攪拌效果。最后，根據(jù)理論計算和仿真所得到的依據(jù)，本文提出了幾個具有不同應(yīng)用作用和優(yōu)勢的波導(dǎo)光驅(qū)動的光馬達(dá)系統(tǒng)，它們不僅可以作為攪拌器應(yīng)用到微全分析系統(tǒng)中，還可以應(yīng)用到微泵中，也可以用來研究旋轉(zhuǎn)馬達(dá)蛋白、細(xì)胞膜剪切力、流體的微觀性質(zhì)、