本發(fā)明屬于光學(xué)元件，具體涉及一種折射率可調(diào)的微光學(xué)元件及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著高精度需求的不斷提出，應(yīng)用于微納科學(xué)研究的光學(xué)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。微光學(xué)元件所具有的微納光學(xué)性質(zhì)，使其成為光學(xué)系統(tǒng)中重要的核心部件。其中，球型微光學(xué)元件具有易組裝、雙向光場調(diào)制和多系統(tǒng)可耦合的優(yōu)點，成為研究和應(yīng)用最為廣泛的微光學(xué)元件之一。球型微光學(xué)元件與傳統(tǒng)的光學(xué)顯微成像系統(tǒng)、激光加工系統(tǒng)或信號探測系統(tǒng)相結(jié)合，已經(jīng)實現(xiàn)突破衍射極限的光學(xué)成像與納米光束聚焦，推動了光學(xué)技術(shù)在微納尺度科學(xué)研究的應(yīng)用。球型微光學(xué)元件作為光線調(diào)制的工具，元件的光學(xué)折射率參數(shù)會顯著影響其在應(yīng)用中所展現(xiàn)出的光學(xué)性能和效率。然而，現(xiàn)有研究中使用的球型微光學(xué)元件主要由二氧化硅sio2、聚苯乙烯polystyrene(ps)、鈦酸鋇batio2等固體材料構(gòu)成。固體材料的折射率單一且固定，無法進(jìn)行按需調(diào)節(jié)。同時，受到固體材料的構(gòu)造約束，不同固體材料間的折射率數(shù)值差異跨度較大，導(dǎo)致球型微光學(xué)元件在部分折射率范圍內(nèi)的研究處于空白狀態(tài)，制約了對光學(xué)系統(tǒng)精準(zhǔn)調(diào)制的技術(shù)發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的至少一個技術(shù)問題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種微光學(xué)元件。

2、本發(fā)明的目的之二在于提供一種微光學(xué)元件的制備方法。

3、本發(fā)明的目的之三在于提供一種光學(xué)系統(tǒng)。

4、本發(fā)明的目的之四在于提供上述微光學(xué)元件在光學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

5、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

6、本發(fā)明的第一個方面提供了一種微光學(xué)元件，所述微光學(xué)元件的折射率為1.3～1.8；所述微光學(xué)元件的制備材料包括有機(jī)溶液和連續(xù)相溶液；所述連續(xù)相溶液與所述有機(jī)溶液不互溶；所述有機(jī)溶液的折射率為1.3～1.8；所述有機(jī)溶液和連續(xù)相溶液的質(zhì)量比為(1～30):100。

7、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述有機(jī)溶液選自正己烷(n＝1.38)、環(huán)己烷(n＝1.43)、全氟化碳(折射率為1.29～1.30)、氯氟化碳(折射率為1.36～1.38)、三乙酸甘油酯(折射率為1.43～1.44)、肉桂酸乙酯(折射率為1.55～1.58)、溴代萘(折射率為1.63～1.66)、碘代萘(折射率為1.70～1.72)、二碘甲烷(折射率為1.74～1.75)和碘化錫(折射率為1.78-1.80)中的至少一種。

8、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述有機(jī)溶液為單組分溶液a和單組分溶液b的混合液，單組分溶液a和單組分溶液b的折射率不同。

9、在本發(fā)明的一些實施方式中，單組分溶液a和單組分溶液b各自獨立地選自正己烷(n＝1.38)、環(huán)己烷(n＝1.43)、全氟化碳(折射率為1.29～1.30)、氯氟化碳(折射率為1.36～1.38)、三乙酸甘油酯(折射率為1.43～1.44)、肉桂酸乙酯(折射率為1.55～1.58)、溴代萘(折射率為1.63～1.66)、碘代萘(折射率為1.70～1.72)、二碘甲烷(折射率為1.74～1.75)和碘化錫(折射率為1.78-1.80)中的一種。

10、本發(fā)明中可以通過控制有機(jī)溶液的成分從而調(diào)節(jié)有機(jī)溶液的折射率，進(jìn)而調(diào)節(jié)微光學(xué)元件的折射率為1.3～1.8，且調(diào)節(jié)精度為0.0004。有機(jī)溶液作為分散相，當(dāng)將有機(jī)溶液和連續(xù)相混合時可以形成具有規(guī)則的微米尺寸的球形結(jié)構(gòu)，進(jìn)而得到微光學(xué)元件結(jié)構(gòu)。

11、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述微光學(xué)元件的折射率的調(diào)節(jié)精度為0.0004。

12、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述微光學(xué)元件的焦距為7.9～28.2μm。

13、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述微光學(xué)元件的直徑為1～50μm；在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述微光學(xué)元件的直徑為1μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm中的任一值或任意兩者所形成的范圍值。

14、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述微光學(xué)元件為球形或類球形。

15、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述有機(jī)溶液和連續(xù)相溶液的質(zhì)量比為(1～30):100；在本發(fā)明的一些實施方式中，所述有機(jī)溶液和連續(xù)相溶液的質(zhì)量比為1:100、2:100、4:100、6:100、8:100、10:100、12:100、14:100、16:100、18:100、20:100、22:100、24:100、26:100、28:100、30:100中的任一值或任意兩者所形成的范圍值。

16、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述有機(jī)溶液為溴代萘和碘代萘的混合溶液。

17、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述溴代萘和碘代萘的體積比為(0～4)：1；在本發(fā)明的一些實施方式中，所述溴代萘和碘代萘的體積比為(0～4)：1，且不為0:1；在本發(fā)明的一些實施方式中，所述溴代萘和碘代萘的體積比為0:1、0.1:1、1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1中的任一值或任意兩者所形成的范圍值。

18、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述有機(jī)溶液為三乙酸甘油酯和肉桂酸乙酯的混合溶液。

19、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述連續(xù)相溶液包括水、磷酸緩沖液、表面活性劑溶液中的至少一種。

20、本發(fā)明的第二個方面提供了本發(fā)明第一個方面所述的微光學(xué)元件的制備方法，包括以下步驟：將有機(jī)溶液加入連續(xù)相溶液中混合后制得。

21、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述混合采用振蕩的方式進(jìn)行混合。

22、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述振蕩的頻率為60～300次/分鐘；在本發(fā)明的一些實施方式中，所述振蕩的頻率為60次/分鐘、80次/分鐘、100次/分鐘、120次/分鐘、140次/分鐘、160次/分鐘、180次/分鐘、200次/分鐘、220次/分鐘、240次/分鐘、260次/分鐘、280次/分鐘、300次/分鐘中的任一值或任意兩者所形成的范圍值。

23、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述振蕩的幅度為0.1～5cm；在本發(fā)明的一些實施方式中，所述振蕩的幅度為0.1cm、0.5cm、1cm、1.5cm、2cm、2.5cm、3cm、3.5cm、4cm、4.5cm、5cm中的任一值或任意兩者所形成的范圍值。

24、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述振蕩的時間為5～10s；在本發(fā)明的一些實施方式中，所述振蕩的時間為5s、6s、7s、8s、9s、10s中的任一值或任意兩者所形成的范圍值。

25、本發(fā)明的第三個方面提供了一種光學(xué)系統(tǒng)，含有本發(fā)明第一個方面所述的微光學(xué)元件。

26、本發(fā)明的第四個方面提供了本發(fā)明第一個方面所述的微光學(xué)元件在光學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

27、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中的微光學(xué)元件的折射率調(diào)節(jié)范圍廣且調(diào)節(jié)精度高，可以實現(xiàn)折射率在1.3～1.8范圍內(nèi)以0.0004的調(diào)節(jié)精度進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，解決了現(xiàn)有球型微光學(xué)元件折射率分布跨度大且空白的問題，從而實現(xiàn)根據(jù)不同的使用要求而精確定制微光學(xué)元件折射率的要求。

28、本發(fā)明中的制備方法通過以0.0004的調(diào)節(jié)精度精確控制有機(jī)溶液的折射率，然后再將有機(jī)溶液與連續(xù)相混合構(gòu)建微米尺度的球形的微光學(xué)元件，制備方法精準(zhǔn)、簡便且易實現(xiàn)，無需依賴復(fù)雜精密的實驗儀器。