法布里-珀罗微腔阵列中光微流激光的产生

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实验室中对样品的分析通常需要笨重而昂贵的仪器。而芯片实验室(Lab-on-Chip,LOC)因其具备自动作、低成本、检测实时等优点迅速成为一个热点的研究领域,电化学、机械和光学检测是芯片实验室常用的检测原理。电化学芯片的电极受到温度、p H和离子浓度变化的影响,不易于长期保存。而机械检测则需要通过昂贵的微、纳米加工工艺。光学检测更加适合于坚固、灵敏的芯片实验室系统,特别是基于荧光的检测技术。光微流激光技术通过在芯片实验室系统中引入光学谐振腔,大大提高了检测的灵敏度和信号的信噪比,使得光微流激光技术在集成化生物传感和生物化学检测等方面有着广泛的应用。然而,大多数光流控激光器都是在单个光腔水平上工作,这限制了它们在高通量生化传感、高速波长切换以及片上光谱分析等方面的应用。光微流激光的阵列化具有巨大的应用前景。本课题组在之前的工作中制备了高品质因子的法布里-珀罗(Fabry-Pérot,F-P)微腔阵列。本论文将继续先前的工作,提出了两个基于F-P微腔的光微流阵列激光的产生方法。具体内容如下。一是研究了平凹型F-P微腔阵列的制备和光微流阵列激光的产生。通过将CO2激光加工技术和掩膜版相结合,制备了周期为23.5μm的3×3的微凹面结构阵列,通过镀制高反射介质膜,形成阵列分布的凹面反射镜。采用基于光纤的平面反射镜与阵列凹面反射镜组成开放的F-P微腔阵列,设计了相应的实验光路对阵列激光的产生进行测试和验证。但由于平行度等问题,在实验过程中,并未观测到有效地阵列激光出射。随后,我们采用一片玻璃基底的平面反射镜与阵列凹面反射镜组成封闭的F-P微腔阵列,并探索了光微流激光的产生。实验结果表明,在一定的泵浦强度下,可实现不同平凹型F-P微腔中光微流激光的产生,且不同F-P微腔处的激光出射模式不同。二是研究了光刻加工的微井式F-P微腔阵列的制备以及基于该结构的光微流阵列激光的产生。设计了一种新的基于SU-8的光刻加工工艺,即通过压模的方法、使用轻便的LED器件,制造出了表面平坦、厚度定义良好的微通道结构。随后通过相应的实验光路来验证光微流阵列激光的产生,首先采用罗丹明6G(R6G)染料作为增益介质,实现了所有(6个)F-P微腔中同时的光微流阵列激光出射。各个F-P微腔结构特征基本一致,并且出射的激光具有较为一致的特性。随后采用与DNA混合的SYTO13染料作为增益介质,实现了F-P微腔中的激光出射,但由于相应的腔镜被反复使用,腔镜的反射率并不均匀,实验结果中,只有3个微腔中能够实现激光的出射。同时,在对实验结果的分析中,采用基于图像数据的分析方法,与基于光谱数据的分析结果做比较。结果表明,采用图像数据分析的结果和采用光谱数据分析的结果具有一致性,证明了采用图像数据分析的可行性。
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