Femtosecond laser processing, microstructuring of transparent polymers for Lab-on-Chip applications

飞秒激光加工、用于片上实验室应用的透明聚合物的微结构

基本信息

项目摘要

In recent years, the IQ group has succeeded in using intensive localized femtosecond laser irradiation to demonstrate material modifications and thereby local refractive index increases in the interior of polymer substrates and films and to establish this technique as a reproducible and reliable method. Waveguides of different types with single mode attenuation values below 0.5 dB/cm could be demonstrated. Thus, all previous literature values have been undercut by almost one order of magnitude. The new project focuses on the practical use of femtosecond waveguides and the realization of novel complex waveguide structures under consideration of the full 3D capability of the process. The propagation scattering losses are to be further reduced by beam position stabilization during writing, and software-controlled focus shaping is to be realized by using a transverse phase modulator (SLM) in the writing beam. This enables simultaneous femtosecond laser writing with several adjacent and interrelated foci. By changing the phase mask at the SLM during the writing process, complex 2D and 3D coupler structures can be realized in one go. The first steps towards a 'mobile lab' based on a processed polymer film, which is transparently placed over the display of a smartphone/tablet, are the result. A network of waveguides running in the film is fed individually in multiple colors from the display and transports the light to the front camera, where it is detected sensitively and color resolved. In this way, sensors distributed over the film can be read flexibly. Finally, hollow capillaries can be written in polymer substrates as microfluidic channels with the same femtosecond laser writing setup. Combined with the optical waveguides, an individual integrated lab-on-a-chip is created in a single production step.
近年来,智商组成功地使用了密集的局部飞秒激光辐照来证明材料修饰,从而在聚合物底物和膜的内部增加了局部折射率,并将这种技术建立为可重现和可靠的方法。可以证明,单个模式衰减值的不同类型的波导可以证明低于0.5 dB/cm。因此,所有以前的文献值都被削减了几乎一个数量级。新项目的重点是飞秒波导的实际使用以及考虑到该过程的完整3D能力的新型复杂波导结构的实现。在写作过程中,应通过光束位置的稳定稳定进一步降低传播散射损失,并且应通过在书写梁中使用横时调节器(SLM)来实现软件控制的焦点塑形。这使得与几个相邻且相互关联的焦点的同时激光写作。通过在写作过程中更改SLM的相位掩码,可以一口气实现复杂的2D和3D耦合器结构。结果是基于加工的聚合物膜迈向“移动实验室”的第一步,该膜是透明地放置在智能手机/平板电脑显示屏上的。胶片中运行的波导网络单独以多种颜色的形式馈送,并将光线传输到前置摄像头,在该摄像头敏感并解决了颜色。这样,可以灵活地读取在胶片上的传感器。最后,空心毛细血管可以用聚合物底物编写为具有相同飞秒激光写作设置的微流体通道。结合光学波导,单个集成的实验室芯片是在单个生产步骤中创建的。

项目成果

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