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物理與天文學院張遠憲研究組在光流控集成光波導研究方面取得重要進展

2020-10-30  點擊:[]

光流控技術(Optofluidics)是微流控(Microfluidics)技術與光學和光電子學結合而形成的新型交叉學科和技術,可在微米尺度上通過操控流體達到調節系統光學或光電子學特性的目的。芯片上光源(光波導)的集成是Optofluidics技術的主要研究方向之一。傳統的液芯/液體包層(Liquid-core/Liquid-cladding,L2)光波導由於受液芯與包層間溶液的擴散及二者折射率差值較小的限制,使得波導限光能力較差,且有機溶劑構成的液芯限制了其在基於水相的生物技術及化學分析等領域的應用;同時,由於液芯光波導採用垂直於波導面泵浦方式,存在泵浦不均勻、背景噪聲大且需要改變泵浦光的波長才能實現不同波長光的輸出,在多種分析物的熒光同時探測方面受到限制。

物理與天文學院張遠憲副教授研究組與美國德州大學Yuze Sun教授團隊合作,提出一種如圖1A所示的沿光纖軸向消逝場激勵的固體芯/液體包層(Solid-core/ Liquid-cladding, SL)光波導,能很好地解決L2光波導存在的不足。實驗發現,SL光波導沿光纖軸向的峯值傳播損耗低至0.1 dB/cm,比傳統的L2光波導降低了約一個數量級。另外,當包層染料的濃度低於250 μM時,SL光波導熒光輻射強度與染料濃度呈線性關係,為低濃度的熒光傳感器研究提供了參考,圖1B所示。最後,利用SL型光波導沿光纖軸向具有較長的熒光輻射長度的特點,結合染料分子間的熒光共振能量轉移機制,在單一波長激勵條件下實現了可同時覆蓋從可見光到近紅外波長範圍內的多波段熒光輻射,如圖1C所示。該研究所述SL光波導在低濃度樣品的高靈敏度探測、芯片上多通道光源以及多參數的同時測量方面具有重要應用。

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圖1. A. 沿光纖軸向消逝波激勵的熒光輻射;B. 歸一化的熒光輻射強度隨染料濃度的變化關係,插圖顯示了熒光輻射強度和染料濃度變化之間的線性關係;C.消逝波激勵的三通道熒光光源。

相關研究結果以“Versatile Optofluidic Solid-Core/Liquid-Cladding Waveguide Based on Evanescent Wave Excitation”為題,於2020年10月27日發表於國際知名學術期刊Analytical Chemistry上。論文鏈接://dx.doi.org/10.1021/acs.analchem.0c02848。雲南大學物理與天學院張遠憲副教授以及德州大學Yuze Sun教授為論文的共同通訊作者,張遠憲副教授、德州大學的博士生Fariba Kenarangi和Han Zhang博士為論文共同第一作者,物理與天學院博士生李東陽及普小云教授為論文共同作者,雲南大學為第一作者及第一通訊單位。

  該研究工作得到國家自然科學基金、雲南省聯合重點項目、雲南省“萬人計劃青年拔尖人才”專項及雲南省中青年學術與技術帶頭人(後備人才)等經費的資助。  


  供稿:物理與天文學院

編輯:李哲

責任編輯:王盡遙


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