Enhancing the performance of optofluidic beam splitters based on optimization of inlet and sidewall shapes of main channel

摘要

本文探討一具有三維入口流道及圓弧形側流道壁的微光流體分光器，它會在主流道內產生漸進式的折射率梯度，引導進入主流道的光線往兩側前進，達到分光的?能。本研究使用氯化鈣水溶液(A，核心流體)及去離子水(B，包覆流體)作為流道內的工作流體，將流體由左右對稱的六個入口注入流道內，其中外圍的四個入口注入的是去離子水，包圍由中央注入口注入的氯化鈣水溶液，在主流道匯流後包覆流體會包覆住核心流體，形成中間高兩邊低的折射率分佈，由於注入口為左右對稱，進入主流道的光線會朝兩側高折射率區域前進，達到分光的效果，同時可以由控制入口流率的方式，改變流道內的折射率分佈，使進入流道內的光線產生不同的分光角。本研究使用ANSYS Fluent數質模擬軟體模擬流道內的速度場和濃度場，再以自行寫作的C++程式進行光追跡，模擬光線穿過流道時的軌跡。接著對流道的幾何以及流率參數進行最佳化，選定的7個參數如下，流體A入口流道寬度 、深度 、後段主流道長度 及A、B流體匯流處與主流道圓弧形流道壁端點距離 、入口總流率 、B流體1號入口和B流體流率的流率比 及A流體流率和總流率的流率比 ，先以田口法評估各項參數對分光器分光角和傳輸效率的影響程度，在經過程式模擬後，發現流率參數對表現的影響較大，並且各項參數對於分光角和傳輸效率的影響為相反，因此接著以基因演算法進行多目標最佳化，尋求最佳的參數組合，在以模擬驗證基因演算法的結果後，確認基因演算法能夠取得優於田口法的最佳化結果。

獎項日期	2020
原文	English
監督員	Chih-Yang Wu (Supervisor)