光微流染料激光及其传感特性研究

摘要

光微流染料激光器是以液体染料为增益介质，采用微流体技术实现液体进样，结合微腔结构实现的微型液体激光器。其具备微流体的特点，可以在微纳尺度上对光和流体进行操控，从而实现高集成度的光微流器件和系统。染料激光器与微流体技术的整合不仅促进了芯片实验室系统（Lab-on-a-Chip）和微型全分析系统（Micro total anslysis system，μTAS）的发展和完善，而且还可以对激光特性进行动态控制，这是固态光学组件系统无法做到的。随着微加工技术和微流技术的快速发展，制作小体积、低功耗的集成光源成为可能，生化传感应用方面也独具特优势。
　　本文围绕光微流染料激光及其传感特性开展研究工作，实现了基于高重频纳秒脉冲激光泵浦的低成本光微流激光，并验证了微流的流速测量和溶液pH的高精度检测。
　　（1）基于高重频纳秒脉冲激光泵浦的低成本光微流激光。实验中，采用罗丹明R6G染料溶液为增益介质，方形石英毛细管作为微流通道，用镀膜平面镜形成F-P谐振腔提供光反馈增强。系统研究了微流流速对激光淬灭效应的影响，并基于此，实现了流速传感。提出并实现了通过监测光微流激光输出强度随时间的衰减来测量流速。得到测量范围为1-100μL/mi n，最小可探测流速为1μL/min。该传感器在与微流通道结合方面极具优势，而且在低流速段测量有很大的探测潜力。
　　（2）光微流激光pH（酸碱度）传感。当R6G溶液和氢氧化钠溶液以一定比例混合时，溶液的pH值发生变化，引起染料溶液电离平衡发生移动，导致荧光光谱的包络和强度发生变化。溶液中OH-的加入使得荧光强度减弱，甚至完全淬灭。罗丹明 R6G的荧光强度随着pH的增加而减弱。基于此，通过氢氧化钠溶液对荧光的淬灭效应实现pH检测。本实验采用浓度为1 mM（毫摩尔每升）的罗丹明无水乙醇溶液，实现了11-14范围的pH检测。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 微流控技术的发展

1.2 微流控光学

1.3 光微流传感技术的发展与研究

1.4 本论文的结构安排

第二章 光微流染料激光的研究

2.1 光微流染料激光器的研究进展

2.2 光微流染料激光器原理

2.3 光微流激光的谐振腔分类

2.4 本章小结

第三章 基于光微流染料激光的流速传感

3.1 实验原理

3.2 实验仪器的选取

3.3 实验结果分析

3.4 本章小结

第四章 基于光微流激光的离子浓度传感

4.1 研究背景

4.2 光微流激光的离子浓度检测实验

4.3 实验结果分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文工作总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献