基于聚焦超声辐射力场的两相界面变形特性研究

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焦距可调式微透镜作为微光学器件的重要组成部分,具有体积小、无机械运动、焦距动态可调等优点,在成像、自适应光学等方面具有广阔的应用前景。目前,应用较为广泛的焦距可调式微透镜制备方法主要包括:压力驱动式、热效应式和电润湿式等。这些方法虽然在一定程度实现了焦距可调微透镜的制备,但制备系统复杂、可控性相对较差,限制了上述制备方法的快速发展。  基于此,本文研究了一种基于聚焦超声辐射力场的两相界面变形方法,以期应用于焦距可调式微透镜的制备。该方法的原理是聚焦超声换能器产生的聚焦声场作用于两相界面,使两相界面在聚焦超声辐射力、重力、界面张力等共同作用下发生可控的界面变形。本文重点研究聚焦超声辐射力场下两相界面的变形特性,主要研究工作包括:  1)根据声场基础理论和凹球面型聚焦超声换能器的声场理论,分析了声透镜式聚焦超声换能器声场声压的理论计算,并对聚焦声场声压分布特性进行了仿真分析。  2)结合两相界面理论分析了聚焦超声辐射力场下两相界面的变形机理,仿真研究了两相界面处的聚焦超声辐射力分布以及聚焦超声辐射力场下两相界面的变形形态。  3)实验研究了聚焦超声辐射力场下两相界面的变形情况。实验研究表明,通过调节聚焦超声辐射力场可以实现对两相界面变形形态、变形高度及变形区域径向宽度的动态控制。  4)实验研究了两相界面在聚焦超声辐射力场下的大变形情况:两相界面在聚焦超声辐射力场下形成类似于“通道”的液柱。适当调节聚焦声场可实现液柱的断裂并致使部分液柱与母液相互分离,与母液分离的液柱在自身表面张力的作用下收缩成球状。  最后对论文研究工作进行了总结。
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