新型光微流体光器件的设计、制备及其应用研究

摘要

微流控光学是光学和微流控技术的结合。相对于传统的固体器件,微流控光学器件在尺寸上微型化、可调谐手段上更多样化、可集成于芯片实验室中用于化学生物分析检测。本文研究了基于PDMS芯片的微流控光学器件及拓展了其应用,对微流控光学器件的光学特性进行表征及探讨。
　　本研究制备了磁流体液芯光纤,液芯为磁性颗粒半径为10nm的石蜡基Fe3O4磁流体。在不同磁场下对光纤出射光强进行调谐及理论计算了光纤中光波模式。实验结果与理论计算相吻合,并给出了磁流体液芯光纤的传输损耗。集成型光源对于微全分析系统中生物化学分析检测有着深远的意义。在上述背景下,我们展开了微型染料激光器的研究。采用传统的光刻及PDMS快速原型复制制备了微环形谐振腔结构。因其损耗较大,泵浦阈值较高,通过结构设计上的改进,大大降低了激光泵浦阈值。运用两种相溶液体的层流机制进行了微型干涉仪的研究。结果表明,改变两相液体注入的流速比时,干涉曲线发生变化,干涉峰个数逐渐增加。为了更清晰表征微通道中的液体的扩散情况,在理论上进行了折射率分布的模拟。同时,我们也记录了在不同流速比情况下,两相液体交界面位置的变化。基于干涉现象的折射率计在传感器中应用比较广泛。随着近期微流控液滴的应用方面的广泛研究,我们利用产生微液滴的机制制备了微型信号发生器,并拓展了其应用。实验结果表明,产生的信号频率及波形通过改变液体的流速比来控制,给出了信号频率与流速比不变情况下的关系曲线。在信号发生器的基础上,设计双T结构实现信号编码器。微流控光学器件的研究促使了集成光学的发展,也对芯片实验室提供更多更便携化的功能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1引言

1.2微流控技术发展史[2, 3]

1.3微流控芯片加工工艺及驱动方式[3]

1.4微流控技术在生物化学领域中的应用[62]

1.5微流控技术在光学方面的应用[85-87]

1.6本论文的主要研究内容和章节安排

参考文献

第二章 磁流体液芯光纤的研究

2.1引言

2.2磁流体液芯光纤的制备和封装

2.3磁流体液芯光纤的传输特性的测量

2.4磁流体液芯光纤光波的模式分析

2.5本章小结

参考文献

第三章 基于环形谐振的微型染料激光器的研究

3.1引言

3.2微型染料激光器芯片的制备

3.3微型染料激光器的研究

3.4低激光阈值的微型染料激光器研究

3.5本章小结

参考文献

第四章 可调谐微型干涉仪的研究

4.1引言

4.2微型干涉仪结构的设计

4.3可调谐微型干涉仪的研究

4.4本章小结

参考文献

第五章 基于液滴光栅微信号发生器的研制

5.1引言

5.2微液滴产生的机制

5.3微型信号发生器的研究

5.4微型信号发生器的应用

5.5本章小结

参考文献

第六章 总结与展望

攻读博士学位期间的成果

致谢