基于高品质法布里—珀罗微腔的光微流激光产生及特性研究

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1、分类号密级太原理工大学硕士学位论文基于高品质法布里-珀罗微腔的光微流激光产生题目及特性研究STUDYONTHEPROPERTYANDGENERATIONOFOPTOFLUIDIC英文并列题目LASERBASEDONHIGH-QFABRY–PÉROTMICROCAVITIES研究生姓名：周春花学号：2013520597专业：控制工程研究方向：光微流激光导师姓名：王文杰职称：副教授学位授予单位：太原理工大学论文提交日期2016/04地址：山西·太原太原理工大学一声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在指导教师的指导下，，独立进行研究所取得的成果。除文

2、中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科硏成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中ａ明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：巧Ｉ也日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部口送交学位论文的原件与复印＾件②学校可１乂采用影印、缩印或其它子复制手段复制并保存学位论；文③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可於学术交流为目；的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可政公布学位论文的全部或部分内

3、容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。？作者签名：周１东，日期：２０ｌＵ，ｌ）：毛＾么期：２０Ｌ（＞，１２导师签名日太原理工大学硕士研究生学位论文基于高品质法布里-珀罗微腔的光微流激光产生及特性研究摘要近年来，新兴的光微流激光技术已经成为制作芯片式光子设备和化学生物传感器的科技平台。目前，已经有多种光微流谐振腔应用于微流控芯片技术中，包括法布里-珀罗（FP）微腔、分布式反馈光栅、光学环形谐振腔等。其中，FP微腔的优点是容易实现、和微流体有很好的兼容性、可使用任何折射率的增益溶液，比其他类型的微腔更加灵活。同时，FP微腔可以使增益介质与

4、腔内电磁场充分接触，实现体激光出射，在单细胞激光出射及检测等方面具有广泛应用。然而，目前基于FP微腔的光微流激光芯片主要有两个缺点。首先，大部分FP微腔利用金属镀膜的腔镜作为反射镜，反射率较低（理论上最大的反射率约为95%），因此，该类型FP微腔的精细度和品质因子（Q值）较低。第二，通常的FP微腔使用一对平面腔镜形成谐振腔，该腔为介稳腔，在腔与微流控芯片的封装和集成过程中，容易造成倾斜损耗等，使得此腔的精细度和品质因子进一步降低。因此采用一般的FP微腔产生光微流激光时，往往具有较高的激光泵浦阈值。为解决以上问题，本项目围绕高稳定平凹型FP微腔及光微流激光芯片的制备

5、，在低阈值光微流激光的产生等方面做了如下工作：1.采用CO2激光微加工技术在熔融石英玻璃基底上制备出一系列I太原理工大学硕士研究生学位论文微凹面型结构，并通过离子束溅射的方法在具有微凹面结构和平面石英玻璃基底上镀制了多层反射介质膜，中心波长的反射率可大于99.9%。随后采用此平面镜和凹面镜构成稳定的平凹型FP微腔，实验测量表明此稳定腔的Q值可达到5.6×105，精细度可达到4×103，比现有的光微流激光FP腔高100多倍。2.利用微流封装技术制备了基于FP微腔的光微流激光芯片，采用溶于无水乙醇的罗丹明6G染料作为增益介质。实验结果表明在平凹型FP微腔中可实现90n

6、J/mm2的低激光泵浦阈值，比相同芯片中平面FP微腔的激光泵浦阈值低十倍多；同时，在该芯片上实现了多束光微流激光的出射，即光微流激光阵列产生。随后，通过缩短腔长法，实现了单模光微流激光出射。3.通过改变增益染料的浓度，探测了在平凹型FP微腔中可以实现光微流激光的最低染料浓度。4.以上激光的泵浦方式为直接泵浦，同时研究了间接泵浦情况下光微流激光的产生，即荧光共振能量转移（FRET）光微流激光的产生。在此泵浦方式下，在平凹型FP光微流激光腔中实现了0.48J/mm2的低激光泵浦阈值。同时，该泵浦形式也实现了对低浓度物质的检测。本工作将引起以光微流激光为基础的低激光阈

7、值和模体积的新颖光子器件及化学生物传感器的发展。关键词：光微流激光，法布里-珀罗微腔，高品质因子，低激光阈值，荧光共振能量转移II太原理工大学硕士研究生学位论文STUDYONTHEPROPERTYANDGENERATIONOFOPTOFLUIDICLASERBASEDONHIGH-QFABRY–PÉROTMICROCAVITIESABSTRACTOptofluidiclaserisemergingasanewtechnologyplatformfornovelon-chipphotonicdevicesandsensitivebiochemicalsensors.

8、Curre