微泡腔光微流传感中的传质问题研究

基于微泡腔的光微流传感器件得益于其优异的光学性质,在微流检测领域具有极高的发展前景,但对于其内部的传质过程缺乏系统的分析.本文通过理论计算和有限元仿真,研究了微泡腔系统内部的微流传质对其传感性能的影响.通过系统分析待测物表面吸附响应与微流系统中毛细管与微泡腔的结构参数之间的关系,发现毛细管拉锥与微泡腔的存在确实有效增强了表面吸附速率.这为该传感器的进一步优化提供了指导.

手性回音壁微腔的有限元仿真

光学回音壁模式具有极高品质因子、小模式体积,是基础光物理和光子学研究的重要平台.常见的光学回音壁微腔往往存在镜像反映面,导致模式的偏振自由度没有得到充分利用,限制了其对手性物质的区分能力.本文探讨了手性微腔中的模式特征,特别对其中的回音壁模式的偏振进行分析,建立了针对涉及手性材料的波动光学有限元法仿真框架,为手性光子学研究提供了有力的工具.

COMSOL仿真在声波谐振管实验中的应用

本文以声波谐振管为例介绍了COMSOL数值仿真软件在基础物理实验教学中的应用.在简要说明COMSOL软件的使用方法之后,本文介绍了3个具体的实验.首先计算了管口附近的声压分布,揭示了一维声波模型与实际情况的差别;然后仿真了管内声探测器(麦克风)对谐振频率的影响,发现探测器的尺寸和位置都会影响谐振频率的移动;最后计算了一端部分封闭管的谐振频率,所得结果与实测值符合很好,验证了仿真实验的准确性.以上实验表明将数值仿真引入基础物理实验教学,不仅可以加深学生对实验的理解,还锻炼了学生处理实际问题的能力.

球腔的表面散射损耗

以能够精确求解的球腔为例,利用等效电流方法,给出了随机粗糙表面对腔模的散射损耗的估计,并利用等效的随机散射点进行数值仿真。结果显示对于常见的高品质因子微腔中平缓的粗糙表面,散射主导的品质因子正比于腔半径和波长三次方、反比于表面方差以及相关长度平方。

基于回音壁模式微泡腔的流速传感应用

基于黏性流体的伯努利效应原理,利用回音壁模式微泡腔高品质因子与具有天然微流控通道的特性,提出一种基于回音壁模式微泡腔的流速传感器。理论分析了黏性流体流动时由于黏滞损耗引起的压强损失,仿真分析了不同流速范围内流动速度和压强之间的关系,发现二者之间表现出良好的线性依赖,沿程损耗是引起压强损失的主要因素;恒定流速下微腔内部为均匀的正压分布,会引起谐振波长红移。实验制备了壁厚约为2μm的微泡腔,并搭建流速传感实验测试系统。在3~106μL/min流速范围内,流速增加时,谐振波长发生红移,并且波长偏移与流速之间满足良好的线性关系,拟合得到流速传感灵敏度为0.047 pm/(μL/min),检测极限为0.635μL/min。该流速传感器结构简单、易于制备、低成本且检测极限较低。