[發明專利]利用飛秒脈沖激光制備微流道摻雜納米晶激光器的方法

在審

• 申請號: 201410768310.8
• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN104505709A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 馮國英;王樹同;楊超;周壽桓
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01S5/30
• 分類號: H01S5/30;B81C1/00
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司51202
• 代理人: 劉雙蘭

技術領域

本發明屬于集成光學器件技術領域，具體涉及一種利用飛秒脈沖激光制備微流道摻雜納米晶激光器的方法。

背景技術

微全分析系統和芯片實驗室器件設法將微流體、微光學、微電子和微機械等多種功能器件集成在只有手掌大小的同一芯片上，它具有低功耗、高效率和高靈敏度等傳統生化分析系統無可比擬的優點，目前已在生物學、化學和醫藥科學等領域掀起一場重大革命。

實現光源與微流控芯片的集成，多個研究組曾提出和展示了基于不同材料和結構的微流控芯片激光器。2005年丹麥工業大學的D.KilNNon[A?microfluidic?dye?laser?fabricated?by?nanoimprint?lithography?in?a?highly?transparent?and?chemically?resistant?cyclo-olefin?copolymer(COC)[J].Z?Micromech.Microeng.2005，15：296～300.]課題組較早從事了微流控芯片激光器的研究。他們設計的微流控芯片激光器采用納米熱壓印技術，環烯烴共聚物作為芯片材料，芯片內部一次成型制備微流道、諧振腔和光波導等部件。在流道的中部有23條平行溝槽形成分布式反饋激光器(DFB)諧振腔，垂直于溝槽方向壓印有平面波導帶，以引導激光輸出。工作時染料若丹明(Rh6G)溶液在流道中的流動，利用532nm波長抽運光從頂部泵浦入射，激光沿芯片平面從波導帶輸出。2006年D.Psaltis等人[Developing?optofluidic?technology?through?the?fusion?of?microfluidics?and?optics[J].Nature.2006，442(7101)：381-385.]研制的一種可調諧分布反饋型聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片染料激光器。該器件在折射率為1.406的PDMS硅橡膠芯片上制作截面尺寸為5μm×2μm的微流道，其中注入1.409較高折射率的若丹明6G染料溶液，形成“染料液芯/PDMS包層”的單模光波導。流道中有長度為4mm周期排列的PDMS小柱，作為DFB光柵。在Nd:YAG倍頻激光器532nm脈沖激光抽運下，從芯片一端可得到單模激光輸出。通過改變染料組分和機械形變的方法，這種芯片染料激光器的輸出波長可以在60nm的范圍內調節。但是上述兩種結構的微流控芯片激光器在微流道芯片的設計和制備上都有些繁瑣，而且只采用了激光染料作為激光介質，未能充分發揮其微器件特點，基于此本課題組提出一種制備方法簡單，激光介質多樣化的微流道摻雜納米晶激光器件的制備方法。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的缺陷和不足，提供一種利用飛秒激光制備微流道摻雜納米晶激光器的方法；從而簡化了工藝流程，提供一種實現激光介質多樣化的微流道摻雜納米晶激光器的制備新途徑。

為實現上述目的，本發明采用以下技術措施構成的技術方案來實現的。

本發明所述利用飛秒激光制備微流道摻雜納米晶激光器的方法，工藝步驟如下：

(1)微流道圖案的寫入

將基底材料固定在電控平移臺上，將飛秒脈沖激光出射光束經顯微物鏡聚焦后輻照到基底材料的面或內部，并按照設計好的微流道圖案進行可控輻照，在基底材料中寫入所設計的微流道圖案；

(2)微流道的制備

采用輔助濕法腐蝕法，將步驟(1)寫入了微流道圖案的基底材料先于超聲機中清洗后放入氫氟酸溶液中，對基底材料中的微流道圖案進行腐蝕，直至得到其表面或者體內的微流道結構；

(3)摻雜納米晶材料的制備

將塊狀摻雜激光材料粉碎并研磨成粉末后，分散到蒸餾水中，并將分散有摻雜激光材料的蒸餾水置于透明容器中，在攪拌下利用飛秒脈沖激光束經透鏡聚焦后直接輻照消融，直至得到摻雜納米晶激光材料；

(4)微流道摻雜納米晶激光器的制備

將步驟(3)所得摻雜納米晶激光材料離心分散得到粒徑分布均勻的納米顆粒，將所得納米顆粒分散到分散液中，將分散有納米顆粒的分散液注入到步驟(2)所得的微流道結構中，構成微型激光元件；采用光泵浦對其進行泵浦，通過一個聚焦柱透鏡將其光束整形成線狀光束，且該線狀光束沿著微流道方向垂直照射，在微流道的出射面將光信號耦合輸出到光譜儀中進行激光器特性分析，即得到微流道摻雜納米晶激光器。

上述方法中，步驟(2)中所述氫氟酸溶液的質量濃度為5～20％。

上述方法中，步驟(2)所得到的微流道結構的直徑尺寸為1～20μm。

上述方法中，所述基底材料為玻璃、晶體、或半導體中的一種。