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《太原理工大学》 2017年
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基于光纤法布里—珀罗微腔的光微流激光产生特性研究

张婷婷  
【摘要】:光微流控(optofluidic)是将光学元件集成于微流控芯片,协同提高微流控分析系统的功能集成度和便携性。其中,光微流激光(optofluidic laser)是采用溶于液体的有机染料作为增益介质、采用光学微腔作为激光谐振腔,同时结合微流控技术发展成的一种芯片式激光器。光微流激光作为光微流控器件的一个重要分支,在集成化相干光源及基于激光信号的生物化学检测等方面有着广泛的应用。基于不同的光学微腔及激光谐振形式,研究者们实现了多种形式的光微流激光,基于的微腔结构主要有法布里-珀罗(FP)谐振腔、植入型分布式布拉格光栅、基于回音壁模式的液滴及环形谐振腔、光子晶体谐振腔。本工作主要研究FP微腔中光微流激光的产生特性;其中,微腔的一个镜面是以光纤端面为基底制备的微型凹面镜。具有凹面镜结构的FP腔,相比于一般的FP腔,具有更高的稳定性;采用光纤作为腔镜基底,易于实现微流控器件的集成。具体工作如下:1.搭建了CO2激光加工平台,采用激光微加工的方法在光纤端面制备凹形曲面结构,曲面结构的横向尺寸控制在40-110μm,深度3-10μm;随后在光纤端面镀制多层反射介质膜以实现中心波长处的反射率≥99.9%。与此同时,在熔融石英玻璃基底上制备微凹面结构和平面结构及镀制高反射介质膜。2.采用石英玻璃基底的平面镜-光纤基底的微凹面镜形成开放式的FP光学微腔,利用纳秒脉冲激光器作为泵浦源,香豆素6染料作为增益介质,实现最低浓度2μM下光微流激光的出射。3.采用光纤基底的微平面镜-光纤基底的微凹面镜,结合PDMS封装工艺,制备封闭式的FP光学微腔及光微流控系统,形成光微流控芯片,实现了光微流激光器件的集成。采用脉冲激光器作为泵浦源,浓度为10μM的香豆素6染料作为增益介质,可实现31.46μJ/mm2的低激光阈值和增益介质浓度3μM下光微流激光的出射。本工作可进一步推动基于光纤的光微流激光器件的集成化及小体积高灵敏度的光微流激光检测技术和新颖光子器件的发展。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN24

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