论文部分内容阅读
本文介绍了利用飞秒激光脉冲在玻璃中制备微流控芯片元件的实验工作，具体内容如下：
微腔是微流控芯片的基本组成元件之一，传统的制备方法基于微电子学的平版光刻技术。我们发展了水辅助飞秒激光加工技术，采用连续扫描方法在石英玻璃内部制备了微腔。加工过程中不再需要等待水进入和气泡排出的时间，大大加快了制备速度。采用这种方法，不仅在石英玻璃内部加工出了微槽和微腔，而且进一步加工出多个微槽和微腔级联的复杂结构。电镜分析表明微腔内壁具有较高的光滑度。该方法也可用来在其它透明材料中快速制备微腔。
利用水辅助飞秒激光烧蚀不仅可以使切割面平行于激光入射方向，而且可以使切割面垂直于激光入射方向，从而实现玻璃内部的三维切割。我们从玻璃中切下了微长方体、微圆柱体等立体结构，而且在玻璃中被切割的地方同时得到了相应形状的微腔。进一步，通过切下包含三维微孔的长方体块，可以对原来埋入玻璃内部的横向孔端面直接观察。这种三维切割方式，不仅实现了对微流控芯片基底玻璃微米尺度的灵活切割，也能用来加工MEMS微元器件以及制备精密的光学元件。
钠钙玻璃在生物和化学实验中广泛使用，是微流控芯片基底的一个很好的选择。我们对钠钙玻璃中微细孔的飞秒激光制备进行了详细研究。对比了空气中和水辅助方法的微孔加工并讨论了各自形貌形成的原因。利用水辅助方法在钠钙玻璃中加工了高纵横比的微细孔，并制备了真三维微通道。借助飞秒激光在玻璃中的多次聚焦现象，用单激光束同时得到了多条横向微孔。通过改变激光脉冲的能量，可选择横向微孔的数量和直径。微流控芯片最基本的结构特征就是由不同形状和尺度的微孔组成的网络，我们对钠钙玻璃中微细孔制备的探索，为钠钙玻璃中微流控芯片的制备提供了新的思路。
Foturan玻璃是微流控芯片制备中引起广泛关注的一种基底材料。利用紫外光刻或者飞秒激光的制备都已经有了大量研究。我们详细研究了飞秒激光在Foturan玻璃内部的波导制备，并对波导进行了表征。另外，我们结合飞秒辐照、热处理及化学腐蚀在Foturan玻璃内部制备了微腔，为下一步制备功能性的微流控元器件积累了一定经验。