광유체학

광유체학(Optofluidics)은 유체역학 (특히 미세유체역학)과 광학의 장점을 결합한 연구 및 기술 분야이다. 이 기술의 응용 분야에는 디스플레이, 바이오센서, 랩온어칩 장치, 렌즈, 분자 영상 도구 및 에너지가 포함된다.

 역사 
유체-광학 장치에 대한 아이디어는 적어도 18세기까지 거슬러 올라가는데, 이때 회전하는 수은 웅덩이가 액체 거울 망원경으로 제안되었다(그리고 결국 개발되었다). 20세기에는 색소 레이저와 액체 코어 도파관과 같은 새로운 기술이 개발되었는데, 이들은 액체가 새로 등장하는 광자 시스템에 제공하는 튜닝 가능성과 물리적 적응성을 활용했다. 광유체학 분야는 2000년대 중반에 미세유체역학 및 나노광학 분야가 성숙해지고 연구자들이 이 두 분야 간의 시너지를 찾기 시작하면서 공식적으로 등장하기 시작했다. 이 분야의 주요 응용 분야 중 하나는 랩온어칩 및 바이오포토닉 제품이다.Zahn, p. 185.

 기업 및 기술 이전 
광유체학 및 관련 연구는 여러 신제품 및 스타트업 회사의 설립으로 이어졌다. 배리옵틱(Varioptic)은 다양한 응용 분야를 위한 전기습윤 기반 렌즈 개발을 전문으로 한다. 옵토플루이딕스(Optofluidics, Inc.)는 광자 공명기 기술을 기반으로 분자 포획 및 질병 진단 도구를 개발하기 위해 2011년 코넬 대학교에서 설립되었다. UC 산타크루즈의 리킬룸(Liquilume)은 화살 도파관을 기반으로 하는 분자 진단을 전문으로 한다.

2012년 유럽 위원회는 광유체학 기술 및 그 응용에만 관련된 새로운 COST 프레임워크를 시작했다.

 특정 응용 분야의 예 
미세유체역학 분야에서 이미 개발된 광범위한 기술과 이러한 시스템에 광학 부품을 통합할 수 있는 많은 잠재적 응용 분야를 고려할 때, 광유체학 기술의 응용 범위는 방대하다.

 층류 기반 광유체 도파관 
광유체 도파관은 기존의 광 도파관 원리와 흐르는 유체 사이에 기울기 또는 경계를 유지하는 데 사용되는 미세유체 기술을 기반으로 한다. 양 등은 층류 기반 미세유체 기술을 사용하여 유체 기반 경사 굴절률을 생성했다. 이는 탈이온수()의 두 클래딩 층을 에틸렌 글리콜()의 코어 층 주위로 흐르게 하여 구현되었다. 기존 미세유체 기술을 사용하여 유체의 기울기를 생성하고 유지함으로써, 양 등은 스텝-인덱스 프로파일에서 깊이에 따라 변하는 경사-인덱스 프로파일에 이르는 굴절률 프로파일을 유지할 수 있었다. 이는 복잡한 도파관의 새롭고 동적인 생성을 가능하게 했다.

 광유체 광결정 섬유 
섬네일|전통적인 속이 빈 광결정 섬유
광유체 광결정 섬유(PCF)는 미세유체 기술로 변형된 전통적인 PFC이다. 광결정 섬유는 단면적에 결정 형태로 배열된 클래딩 층을 가진 광섬유 도파관의 한 유형이다. 전통적으로 이 구조화된 클래딩 층은 다른 굴절률을 가진 고체 재료로 채워지거나 속이 비어 있다. 각 클래딩된 코어는 여러 광 경로를 병렬로 통과시키는 단일 모드 섬유 역할을 한다. 전통적인 PCF는 또한 건설 시점에 채워져야 하는 속이 빈 또는 고체 코어를 사용하는 것으로 제한된다. 이는 PCF의 재료 특성이 건설 시점에 설정되었으며 고체 재료의 재료 특성으로 제한되었음을 의미한다.
섬네일|광결정 섬유가 좁은 대역폭 소스에서 스펙트럼 초연속체를 생성하는 데 사용될 수 있는 방법의 예.
뷰윅 등은 미세유체 기술을 사용하여 광결정 섬유의 특정 부분을 톨루엔 및 사염화 탄소와 같이 높은 커 비선형성을 나타내는 유체로 선택적으로 채웠다. 속이 빈 PFC를 유체로 선택적으로 채우면 공간 분리를 통해 열 확산을 제어할 수 있으며, 여러 종류의 유체를 패턴화할 수 있다. 비선형 유체를 사용하여 뷰윅 등은 이미징 및 통신에 많은 응용 분야를 가진 솔리톤 연속체를 생성할 수 있었다.

 버블 레이저 
버블 레이저는 비눗물에 레이저 색소와 스멕틱 액정을 첨가하여 거품을 생성함으로써 만들 수 있다. 결과적인 광공진기는 크기, 공기압 및 전기장에 따라 공진 주파수가 달라진다.

 같이 보기 
 광유체학 연구자 목록

 각주 

 추가 자료