本文選題：微流控光學(xué) + 光流體染料激光器��； 參考：《上海交通大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：光流體通過操控光和流體在微納尺度上的相互作用來制作高集成多樣性的器件和系統(tǒng),被稱為光和微流體的聯(lián)姻。本文主要研究了基于PDMS芯片的光流體染料激光器以及微流通道中液滴、層流等效應(yīng)在微流控光學(xué)器件中的應(yīng)用。隨著微全分析系統(tǒng)的快速發(fā)展,制作小體積低功耗的集成光源對于生物化學(xué)檢測分析的重要性愈發(fā)顯著。此外,光子器件的小型化也使得集成光源,特別是微腔激光器在芯片實驗室系統(tǒng)中顯得愈發(fā)重要。我們采用傳統(tǒng)的光刻及PDMS快速原型復(fù)制技術(shù)在PDMS芯片上制備了環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計上的改進,有效地減小了微腔內(nèi)的光損耗,從而極大地降低了激光器的閾值。相比于傳統(tǒng)的需要高品質(zhì)因素的微腔來提供光學(xué)反饋的光流體激光器,為了進一步簡化制作步驟,我們在固化的PDMS表面進行氧等離子處理使其形成納米級別的表面褶皺。并且利用表面褶皺增強光散射形成光放大,成功地制備了不需要諧振腔的光流體隨機激光器。微流控光學(xué)器件和傳統(tǒng)的固態(tài)光學(xué)元件相比,具有高集成度和可重構(gòu)的特點。通過流體之間的相互作用使光流體器件可調(diào)諧。我們利用軟光刻的方法制作了雙臂干涉微流控芯片。模擬了在不同的流速比下,由于兩相液體的對流擴散效應(yīng)導(dǎo)致通道內(nèi)折射率分布的變換情況。在實驗中,我們發(fā)現(xiàn)在不同的流速比下,相溶液體交界面擴散程度的不同導(dǎo)致光通過雙臂時的光程差產(chǎn)生差異,從而造成干涉峰位置和數(shù)目上的變化,形成可調(diào)諧光流體干涉儀。液滴微流體技術(shù)是指在微通道內(nèi)通過操縱微小液滴精確控制其形成、反應(yīng)以及混合。我們通過改變離散相液體和連續(xù)相液體的流速在T型通道交界處產(chǎn)生不同大小的微液滴。通過入射激光,利用液體和PDMS交界面的光信號推導(dǎo)出了液滴的大小成分等特性。同時,我們還提出了基于液滴光柵的光流體信號發(fā)生器,通過調(diào)節(jié)兩種不相溶液體的流速形成不同液滴的長度,成功實現(xiàn)了不同頻率矩形波和三角波的產(chǎn)生。
[Abstract]:By manipulating the interaction of light and fluid on the micro and nano scale, optical fluid can be used to produce high integrated and diverse devices and systems, which is called the marriage of light and micro fluid. In this paper, the application of optical fluid dye laser based on PDMS chip and the effects of droplet and laminar flow in microfluidic channel in microfluidic optical devices is studied. With the rapid development of micro total analysis system, it is more and more important for biochemistry detection and analysis to produce integrated light source with small volume and low power consumption. In addition, the miniaturization of photonic devices makes integrated light sources, especially microcavity lasers, more important in chip laboratory systems. The ring resonator structure was fabricated on PDMS chip by traditional lithography and PDMS rapid prototyping technique. Through the improvement of the structure design, the optical loss in the microcavity is effectively reduced, and the threshold value of the laser is greatly reduced. Compared with conventional optical fluid lasers which require high-quality microcavities to provide optical feedback, in order to further simplify the fabrication process, we use oxygen plasma treatment on the solidified PDMS surface to form nanoscale surface folds. In addition, the surface fold enhanced light scattering is used to form light amplification, and the optical fluid random laser without resonator is successfully fabricated. Compared with traditional solid-state optical devices, microfluidic optical devices have the characteristics of high integration and reconfiguration. The optohydrodynamic devices are tunable by the interaction between the fluids. We have fabricated two-arm interference microfluidic chip by soft lithography. The transformation of refractive index distribution in the channel due to convection-diffusion effect of two-phase liquid at different velocity ratios is simulated. In the experiment, we found that the diffusivity of phase liquid interface at different velocity ratios leads to the difference of optical path difference when light passes through both arms, which results in the change of the position and number of interference peaks. A tunable optical fluid interferometer is formed. Droplet microfluidic technology refers to precisely controlling the formation, reaction and mixing of droplets in microchannels by manipulating them. By changing the flow rate of discrete phase liquid and continuous phase liquid, microdroplets of different sizes are produced at the junction of T-channel. The size and composition of the droplet are deduced by the optical signal of the interface between the liquid and the PDMS by the incident laser. At the same time, we also propose an optical fluid signal generator based on liquid drop grating. By adjusting the velocity of two kinds of insoluble liquids to form different droplet lengths, we successfully realize the generation of rectangular and triangular waves with different frequencies.
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN248

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本文編號：1839628