[發明專利]飛秒脈沖簇產生方法及石英微流控芯片制造裝置

有效

• 申請號: 202011283179.8
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112570897B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 曾和平;南君義;胡夢云
• 申請（專利權）人: 華東師范大學重慶研究院;上海朗研光電科技有限公司;華東師范大學;重慶華譜科學儀器有限公司;重慶華譜智能裝備有限公司;云南華譜量子材料有限公司;廣東朗研科技有限公司
• 主分類號: B23K26/362
• 分類號: B23K26/362;B23K26/0622
• 代理公司: 重慶啟恒騰元專利代理事務所(普通合伙) 50232
• 代理人: 江濤

本發明公開了一種飛秒脈沖簇制備石英微流控芯片方法及其裝置，其特點是將飛秒脈沖簇通過分束器件分成多路，經過匯聚透鏡在焦點處形成飛秒脈沖簇等離子體，或者多路光束之間干涉形成飛秒脈沖簇等離子體光柵，同時通過光燒蝕加工微通道以及氫氟酸浸泡制備微流控芯片。微流控芯片制造裝置包括：飛秒脈沖簇激光源、光束分離與干涉、激光燒蝕加工微通道、氫氟酸浸泡池。本發明為微通道芯片制造提供新的制備方法，在超快光學技術加工微流控芯片領域具有很好的應用前景。

技術領域

本發明屬于微流控芯片制造技術領域，特別是涉及飛秒脈沖簇產生方法及石英微流控芯片制造裝置。

背景技術

微流控芯片是一種在微小尺寸尺度的材料上集成了樣品采集、轉移、稀釋、反應、分離以及檢測等功能的“微型生化實驗室”，具有反應速度快、尺寸小、操作簡便、試劑藥品以及組織樣本消耗少等獨特的優勢，被廣泛地應用于醫學、生物、化學、材料等及其交叉領域。微流控芯片的差異性及功能性主要體現于靈活的微腔設計和多種微流控技術的有機結合，隨著各學科和相關技術的發展，高集成度、高自動化、高品質的微流控芯片顯得日趨重要。目前微流控芯片中的微腔加工方式主要是安裝經典的“top-down”和“bottom-up”方式制備，如熱壓法、紫外曝光加酸腐蝕、注塑法和激光燒蝕等，然而對于復雜的結構尤其是立體空間的微腔制備，上述方法存在困難。

飛秒脈沖激光燒蝕技術可以極其快速的在玻璃表面刻寫出所需要的微通道形狀，可設計性很強，如專利文獻CN 101101356A中提到了飛秒激光在玻璃基底上刻寫流體波導的方法。然而該激光燒蝕技術的不足之處在于，無法大尺度的范圍上在石英玻璃內部刻寫三維立體結構的微通道。

發明內容

本發明提出了飛秒脈沖簇產生方法及石英微流控芯片制造裝置，該方法在傳統光學加工石英玻璃微通道的基礎上，采用一束或者一束以上的飛秒脈沖簇在石英玻璃表面或者內部形成等離子體或空間干涉的等離子體光柵。飛秒脈沖簇是單個周期性激光脈沖包絡中包含有時域間隔(小于1μs)更小的多個光脈沖序列，這種激光脈沖模式在加工時可以提高激光對材料的燒蝕速率、增大燒蝕深度以及改善激光燒蝕區域的表面平整度。將飛秒脈沖簇加工技術與等離子體燒蝕技術相結合，可以極大地提高石英玻璃微流體芯片的制造速度、改善微通道壁面的粗糙度質量，更便于加工三維立體結構的微流體芯片。

本發明提出了飛秒脈沖簇產生方法及石英微流控芯片制造裝置，其特征在于，飛秒脈沖簇產生方法包括：A、激光脈沖序列的幅度調制，B、全光纖脈沖簇激光諧振腔，C、全光纖激光腔輸出脈沖分離放大，D、激光器腔外分離-合束光路控制等四種。飛秒脈沖簇制造石英微流控芯片的裝置如下：飛秒脈沖簇激光源、光束分離與干涉、激光燒蝕加工微通道、氫氟酸浸泡。

所述的飛秒脈沖簇激光源是依據激光脈沖序列的幅度調制、全光纖脈沖簇激光諧振腔、全光纖激光腔輸出脈沖分離放大和激光器腔外分離-合束光路控制這四種方法之一所輸出的飛秒脈沖簇；所述的光束分離與干涉，將飛秒脈沖簇通過分束器件分成多路，經過匯聚透鏡在焦點處形成飛秒脈沖簇等離子體，或者多路光束之間干涉形成飛秒脈沖簇等離子體光柵；所述的激光燒蝕加工微通道，操控精密電控位移平臺改變飛秒脈沖簇等離子體的作用位置，從而在石英表面或內部燒蝕出微通道結構；所述的氫氟酸浸泡，將經過飛秒脈沖簇等離子體燒蝕后的石英浸泡在氫氟酸稀釋液中，移除激光燒蝕區域，形成含微通道的石英。

所述的飛秒脈沖簇產生方法及石英微流控芯片制造裝置，其特征在于，所述的飛秒脈沖簇激光源產生方法：A、激光脈沖序列的幅度調制方法是如下所述的具體方案：