光微流耦合回音壁模式微腔激光傳感器的研究.pdf

1、回音壁模式光學微腔是通過界而處的全反射將光場限制在微米量級的器件。由于這類器件一般具有很高的Q值和小的模體積，在無標記光學生物傳感應用中尤其是在單顆粒探測方面可以有效的增加光場和分析物作用時間和作用范圍，從而實現(xiàn)高靈敏度，低探測極限的探測。目前僅僅依靠單個回音壁模式微腔本身進行傳感探測的研究由于受到器件結構和信號分辨率的限制，體折射率靈敏度和顆粒探測極限分別限制在1000 nm/RIU以內(nèi)和探測半徑最小為12.5 nm的聚苯乙烯小球。<

2、br>　　為了進一步的提高傳感器的探測性能，人們在回音壁微腔的基礎上引入多種增強機制。目前被廣泛研究的增強機制包括摻雜增益介質(zhì)，激發(fā)局域等離子體，利用耦合或級聯(lián)結構以及光鑷操控等。本論文將圍繞耦合回音壁模式微腔結構展開系列研究，設計、制備和表征高靈敏度的生物傳感器。主要結果包括:
　　1.理論上分析了光微流諧振環(huán)中回音壁模式分布與其傳感靈敏度，并針對實驗中所使用的耦合腔尺寸，計算了當耦合腔不同模式間相互耦合時，游標效應對諧振波長靈

3、敏度的放大作用。理論結果顯示在當前實驗結構下利用游標效應可以實現(xiàn)103～105 nm/RIU量級體折射率靈敏度，這比單個光微流諧振環(huán)的靈敏度探測極限(102)大數(shù)個量級，突破了單個回音壁模式微腔靈敏度探測極限。
　　2.實驗上利用光斑微區(qū)加熱的方法，在基片型耦合微盤結構中驗證了耦合回音壁模式微腔激光器耦合區(qū)間在傳感中的特殊性質(zhì)并不影響出射光譜的游標效應。使用532 nm的連續(xù)激光器聚焦光斑（直徑為40μm）照射SU-8/RhB耦合

4、盤的不同位置，由于熱效應可引起局域折射率變化。改變激光功率可以實現(xiàn)折射率的連續(xù)變化，從而引起出射光譜包絡移動，結果顯示光譜移動規(guī)律符合游標效應。
　　3.分別設計并制作了單通道和雙液芯光微流回音壁模式耦合微腔激光傳感器，它們實現(xiàn)了水相樣品超高靈敏度探測。首先將光微流諧振環(huán)與固體環(huán)形激光器相耦合，利用游標效應對光微流諧振環(huán)的靈敏度進行放大，在水相樣品體折射率探測實驗中，放大倍數(shù)達到了355，體折射率靈敏度為2510 nm/RIU，對