[发明专利]利用飞秒激光在玻璃基底上制备微流体光波导的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微流体光波导，特别是一种利用飞秒激光在玻璃基底上制备微流体光波导的方法。本方法适用于在各种玻璃和透明聚合物表面制备微流体光波导。

背景技术

与全固态微光学器件相比，微流体器件具有独特的优点，例如可以通过操控微通道中的流体媒介来改变器件的光学性质，两种不相容的流体还可以提供平整度极高的光学平面等。将微光学和微流体技术结合起来可以制备出各种新型的微流体光学器件，它将广泛用于芯片实验室或微全分析系统等领域。

以往的微流体光波导制备方法包括：

(1)使用软刻蚀技术在透明的有机聚合物材料表面加工出微通道，然后向通道中注入折射率略高于聚合物的流体介质，该方法需要用到昂贵的母版以及一系列诸如浇注、复制、转移图形等后续操作(参见文献：O.J.A.Schueller，X.Zhao，et al.，Advanced Materials，Vol.11，P 31，1999)；

(2)向空心毛细玻璃管中注入高折射率的流体介质，此类玻璃毛细管是使用专用拉制设备拉伸熔融的玻璃纤维制备的，毛细管的直径一般在几十到几百微米范围之间(参见文献：A.Hanning，J.Westberg，et al.，Electrophoresis，Vol.21，P 3290，2000)。

当前，飞秒激光微加工技术以其加工精度高、热效应小、损伤阈值低和可以对透明材料实现三维微加工等优点尤其适用于各种微结构的制备。利用飞秒激光微加工技术结合后期的热处理和HF酸腐蚀等辅助过程，人们在一种名叫Foturan的光敏玻璃内部加工出内径为十微米量级的三维微通道，并演示了其混合两种溶液的功能(参见文献：M.Masuda，K.Sugioka，et al.，Applied Physics A，Vol.76，P 857，2003)；此外也有人直接利用经聚焦飞秒激光束在硼硅酸盐玻璃芯片表面加工出线宽为十微米量级的微通道(参见文献：M.S.Giridhar，K.Seong，etal.，Applied Optics，Vol.43，P 4584，2004)，但仅演示了其作为微流体通道的功能特性，并未实现其光学功能特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服以往软刻蚀技术和拉伸玻璃毛细管制备流体光波导需要复杂工艺的缺点，提供一种利用飞秒激光在玻璃基底上快速制备微流体光波导的方法，进一步提高加工精度以使微通道内径减小到十微米以下，从而实现单模流体光波导。

本发明的技术解决方案如下：

一种利用飞秒激光在玻璃基底上制备微流体光波导的方法，特征在于包括下列步骤：

①飞秒刻蚀：将玻璃基底固定在电动平移台上，调节飞秒激光通过显微物镜聚焦后对玻璃芯片表面进行辐照，通过计算机移动电动平移台，使玻璃表面产生烧蚀线，形成样品；

②超声清洗：加工完毕后，取下样品并置于盛有无水酒精的超声波清洗仪中清洗15-20分钟，使烧蚀线得到内壁光滑的微通道；

③注入液芯：对样品的微通道注入折射率高于玻璃基底的流体试剂便制得所需的流体光波导。

所述的注入液芯的具体过程是：先调配流体试剂，将具有不同折射率的石蜡油和α-一溴代萘按体积比例混合调配而成，该试剂的折射率的范围为：1.52～1.658；然后使用移液枪将调配好的试剂注入微通道，然后用洗耳球吹去微通道周围残留的试剂。

利用调节所述的试剂的折射率，以获得多模光波导或单模光波导。

与以往的技术相比较，本发明的优点在于：

1、方法简单灵活：在搭建好光路系统后，通过控制平移台的移动便可获得所需形状的微通道，后期处理过程也较简单，仅需使用超声波清洗仪清洗，除掉微通道中的加工碎屑使流体导通，因而具有较高的加工效率。

2、加工精度高：理论上飞秒激光微加工精度可以突破衍射极限，控制脉冲能量可以获得直径在微米甚至是亚微米量级的流体光波导，它们在纳米光子学领域具有重要应用。

3、可扩展性好：使用该技术不仅可以制作流体光波导，还可以通过编程控制平移台的移动加工出基于流体的光波分束器、耦合器、微环谐振腔等一系列光子学器件；利用本技术还可将微流体、微光学、微机械和微电子等多种功能器件集成制备在同一玻璃基底上。

4、加工材料成本低：使用的玻璃芯片为普通的显微镜载波片，价格低廉。

附图说明

图1为本发明飞秒激光制备微流体光波导的流程示意图，

图2为演示微流体光波导的波导效应所用的实验装置示意图。