| 题名 | 利用飞秒激光直写技术制备集成微纳器件 |
| 作者 | 宋江新 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2015 |
| 授予单位 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 |
| 导师 | 程亚 |
| 关键词 | 飞秒激光直写 芯片实验室 微流通道 微电极 微腔传感器 |
| 其他题名 | Fabrication of integrated Micro-nano devices by femtosecond laser direct writing |
| 中文摘要 | 近年来芯片实验室技术已成为了科研领域的一个研究热点，它不仅可以降低生化探测器件的尺寸，同时还可以提高这些器件的集成度。常见的芯片实验室功能器件有微流体器件、微光学器件、微力学器件和微电学器件等，要制备和集成这些器件对于传统的平面光刻技术而言是一个很大的挑战，而飞秒激光直写技术作为一种无掩膜的加工技术，可以在透明材料内部通过非线性吸收机制直接进行高精度和高空间选择性的加工，同时飞秒激光的特性使得它对玻璃等透明材料进行加工时能同时改变材料的化学和光学性能，这就为制备微流和光流系统器件开辟了一条新的途径。本文借助于这一技术致力于芯片实验室器件集成和功能拓展方面的研究。全文的主要内容和创新性成果如下： 1 利用飞秒激光直写技术在多孔玻璃内部快速制备出了一个三维微流混合器，并展示了该器件优良的混合性能。这种技术能够使三维微流系统的制备变得快速、灵活、精准、高效。 2 在玻璃表面实现了选择性无电镀金，制备出的微米金电极是嵌入在玻璃表面的具有很好的牢固度。金具有很好的物理和化学属性，除可被用于表面增强拉曼散射及腐蚀性较强的生化试剂的探测分析外，也可被用于构建各种电热器件，拓展芯片的电热功能。 3 提出一种集成光纤锥和回音壁模式微腔的技术。通过使用二氧化碳激光器照射，可将二者熔融在一起，整个实验过程仅需不到十秒钟，而且使用的是微腔回流装置，无需额外设备。熔合后微腔的品质因子仍然高达3.21×105，能够满足大部分使用需求。该技术能够推进微腔在传感领域的用。 4 制备出了一种高度集成的光流传感器。在同一块芯片上同时集成了三维微流通道、光学波导、光学微腔等器件，其中微流通道和光学微腔是通过飞秒激光直写技术直接制备集成在一起的，无需其它额外的步骤，为制备高性能光流传感器提供了一种可行的方法。 |
| 英文摘要 | In the past decade, lab-on-a-chip (LOC) technology have attracted increasing attentionbecauseofits capability of downsizing chemistry and biology using highly integrated micro-devices.Common functions required by LOC devices include microfluidics,micro-optics,micromechanics,and micro-electrodes.Asa direct and mask-lessfabrication technique, femtosecond laser micro-machining providesastraightforwardapproachforhigh-precisionspatial-selectivemodification inside transparent materialsthrough nonlinearopticalabsorption.Theuniqueability offemtosecond laser directwritingto simultaneouslyalterthe chemicalandoptical propertiesin bulkglassmaterialsopensupnewavenuesforfabricatingavarietyof integrated microfluidicand optofluidicmicro-systems/devices. This dissertation mainlyfocusesonthemulti-functionalthree-dimensionalintegrationofLOCdevices. Themajorresultsandinnovativeachievementsareasfollow: 1 Wedemonstratedthefabricationofa3Dmicrofluidicmixerbyfemtosecond laser directwritingwhichshows superior mixingperformance.Ourtechnique makesitpossibleforrapidprototypingof3Dmicrofluidicsystemswithenhanced efficiency,flexibility,fabricationprecision,andcost-effectiveness. 2 Wedemonstrated the selective electroless plating of conductive gold microelectrodeembeddedinglassassistedbyfemtosecondlasermodificationand postannealing.Thesemetallicwiresshowgoodelectricalconductivityandstrong adhesion. Thismethodis compatible withthe current femtosecond laser integration echnique, allowing easy integration of gold electrodes with microfluidicreservoirsforbiologicalanalysisapplications. 3 Wedemonstratedtheassemblyofthefibertothemicrotoroidbyweldingthe fibertaper ontothe sidewallofthe microtoroidusingCO2laser irradiation. The integrated microresonatormaintainsahighQ-factorof3.21×105 as measured in air,whichshouldstillbesufficientformanysensingapplications. 4 WefabricatedafullyintegratedoptofluidicsensorwithamicrotoroidWGM resonatordirectlyincorporatedinamicrofluidicsystemandafibertaperreliably assembledontothemicroresonator.Themicrofluidicchannelsembeddedinglass andthemicrotoroidresonatorcanbeautomaticallyintegratedinthelaserwriting processwithoutpost-assemblyandbondingprocedures.Thisuniqueadvantage leadstohighreliabilityandefficiencyforfabricationofthemicroresonator-based optofluidicsensors. |
| 语种 | 中文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.siom.ac.cn/handle/181231/15940]  |
| 专题 | 上海光学精密机械研究所_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 宋江新. 利用飞秒激光直写技术制备集成微纳器件[D]. 中国科学院上海光学精密机械研究所. 2015. |
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