美国团队开发出基于PEC蚀刻的方法来调谐微碟片激光器

2023-09-07 17:49

近日，美国哈佛医学院（HMS）和麻省理工学院总医院的一个联合研究小组表示，他们利用PEC刻蚀法实现了微盘激光器输出的调谐，这使得纳米光子学和生物医学的新来源“很有希望”。

在纳米光子学和生物医学等领域，微碟激光器和纳米碟片激光器已成为一种很有前途的光源和探针。在片上光子通信、片上生物成像、生化传感和量子光子信息处理等几个应用中，它们需要在确定波长和超窄带精度上实现激光输出。然而，大规模制造这种精确波长的微碟和纳米碟片激光器仍然是具有挑战性的。当前的纳米加工工艺引入了碟片直径的随机性，使得在激光大批量加工与生产中难以获得设定的波长。

而现在，来自哈佛医学院和马萨诸塞州总医院威尔曼光电医学中心的一组研究人员已经开发出一种创新的光电化学（PEC）蚀刻技术，该技术有助于以亚纳米精度精确调整微碟激光器的激光波长。

这项成果发表在《高级光子学》（Advanced Photonics）期刊上。

光电化学蚀刻

据介绍，该小组的新方法能够制造具有精确、预定发射波长的微碟激光器和纳米碟片激光器阵列。这一突破的关键在于PEC蚀刻的使用，它提供了一种有效和可扩展的方式来微调微碟片激光器的波长。

在上述成果中，该团队成功地在磷化铟柱结构上获得了二氧化硅覆盖的砷化铟镓磷化微磁盘。然后，他们通过在稀释的硫酸溶液中进行光电化学蚀刻，将这些微磁盘的激光波长精确地调谐到确定的值。

他们还研究了特定光电化学（PEC）蚀刻的机制和动力学。最后，他们将波长调谐的微磁盘阵列转移到聚二甲基硅氧烷衬底上，产生具有不同激光波长的独立、隔离的激光粒子。

所得到的微碟片显示出激光发射的超宽带带宽，柱上激光器小于0．6 nm，孤立粒子小于1．5 nm。

打开生物医学等应用大门

这一结果为许多新的纳米光子和生物医学应用打开了大门。例如，独立的微碟片激光器可以作为异构生物样品的物理光学条形码，使特定细胞类型的标记和多路分析中特定分子的靶向成为可能。

细胞类型特异性标记目前使用传统的生物标志物进行，如有机荧光团、量子点和荧光珠，它们具有宽的发射线宽。

因此，只有少数特定的细胞类型可以同时被标记。相比之下，微碟片激光器的超窄带光发射将能够同时识别更多的细胞类型。

该团队测试并成功地展示了精确调谐的微盘激光粒子作为生物标志物，使用它们标记培养的正常乳腺上皮细胞MCF10A。凭借其超宽带发射，这些激光器可以潜在地彻底改变生物传感，使用成熟的生物医学和光学技术，如细胞动力学成像，流式细胞术和多组学分析。