基于波導光驅動的光馬達技術研究.pdf

1、馬達作為微流系統(tǒng)中攪拌器，在微全分析系統(tǒng)中起到至關重要的角色。為了獲得高轉速、非接觸驅動的高性能馬達，人們開始使用光驅動。光致旋轉是實現(xiàn)微機械馬達的有效手段。由于傳統(tǒng)激光驅動裝置的復雜性，并且考慮到應用波導光驅動具備體積小、重量輕、結構簡單、價格便宜、易操作、易封裝固定等優(yōu)點，尤其在微流系統(tǒng)中，本文結合國家自然科學基金儀器專項項目(項目編號：60927008)的主要研究內容，基于波導光驅動的光馬達系統(tǒng)，并主要對微轉子的結構設計、光學驅動

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行了研究。
　　 本文根據(jù)光束的線性動量引起的光致旋轉原理，首先設計了具有特定外形結構的“類風車”結構的微轉子，然后利用光束正出射端出射光場和波導的倏逝場驅動微轉子旋轉。然后，針對本文所設計的“類風車”結構的微轉子，運用了時域有限差分法和光線-波動光學復合計算模型對微轉子的光驅動力和旋轉力矩進行了嚴格的理論計算，所求得旋轉力矩結果不僅優(yōu)化了微轉子結構參數(shù)，而且證實了帶有半圓柱側面

3、的微轉子相比于Ukita提出的毽子狀微轉子具有的優(yōu)越性。另外，又通過應用Comsol Multiphysics的流體動力學計算分析模塊對光馬達附近的微流情況進行仿真，從而評估所設計的光馬達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用作用和優(yōu)勢的波導光驅動的光馬達系統(tǒng)，它們不僅可以作為攪拌器應用到微全分析系統(tǒng)中，還可以應用到微泵中，也可以用來研究旋轉馬達蛋白、細胞膜剪切力、流體的微觀性質、