[发明专利]一种荧光共振能量转移光流控激光器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种荧光共振能量转移光流控激光器及其制备方法和应用，本发明装置以聚二甲基硅氧烷PDMS作为基片将激光器及导光光纤集成在一块芯片上，所述PDMS基片与导光光纤耦合处设置至少一道增益介质沟槽，所述增益介质沟槽内填充包层介质溶液，所述增益介质沟槽一端设置流体入口通道、另一端设置流体出口通道，所述流体入口通道的进口和流体出口通道的出口均设置微型蠕动泵。本发明在不改变抽运光波长的情况下，利用染料分子间的荧光共振能量转移机制，实现任意较长波长的激光辐射，实现可调谐的多波段激光辐射；增益介质沟槽由微型蠕动泵连接，使得沟槽中染料分子不容易被漂白；利用荧光共振能量转移激光的低阈值特性，实现高灵敏度的生物、化学检测。

技术领域

本发明属于激光及光流控技术领域，涉及一种激光器及其制备方法和应用，采用沿光纤轴向光抽运方式，通过抽运光的消逝场激励增益，在不改变抽运光波长的情况下，利用染料分子间的荧光共振能量转移机制，在一块芯片上实现多种组分的同时检测。

背景技术

利荧光共振能量转移(Fluorescent Resonance Energy Transfer, FRET)是指在两个不同的荧光基团中，如果一个荧光基团（供体Donor）的发射光谱与另一个基团荧光（受体 Acceptor）的吸收光谱有一定的重叠，当这两个荧光基团间的距离合适时（一般为1~10nm），就可观察到荧光能量由供体向受体转移的现象，即以前一种基团的激发波长激发时，可观察到后一个基团发射的荧光。 FRET是一种非辐射能量跃迁，通过分子间的电偶极相互作用，将供体激发态能量转移到受体激发态的过程，使供体荧光强度降低，而受体荧光强度增强。目前FRET方法中供受体对大多采用有机染料，而多数情况下有机染料的激发光谱都较窄，所以用同一个抽运光很难同时激发多种组分，而其荧光光谱又较宽，分布不对称，在进行生化探测时，给区分不同探针分子的荧光带来困难，因此要同时检测多种组分较为困难。尽管荧光有机分子有很好的生物相溶性，但不同荧光分子须要不同波长的抽运光激发，因此，要同时检测多种组分，就须要不同波长的抽运光，这样会造成较强的激发光背景噪声，不利于检测；同时，不同波长抽运之间的重叠也会使得各个能量供受体间的能量转移变得不明显，增加数据分析的复杂性。有机染料最严重的缺陷是光稳定性较差，长时间的抽运会使得染料分子被漂白。因此，传统的FRET机制不利于高灵敏度的生化检测。为解决传统FRET机制存在的上述问题，本发明人对消逝波激励的回音壁模式光纤激光器进行了比较系统深入的研究：(Y. X. Zhang，X. Y. Pu，K. Zhu，et al.， Threshold Property ofWhispering-Gallery-Mode Fiber Lasers Pumped by Evanescent-wave [J]，J. Opt. Soc. Am. B. 2011，28（8）： 2048-2056；Y. X. Zhang，X. Y. Pu，L. Feng，et al.，Polarization characteristics of Whispering Gallery Mode fiber laser based onevanescent wave coupled gain [J]，Opt. Express, 2013，21（10）： 12617-12628 ; 张远宪，张晓晓，刘春，普小云，基于PDMS基片的回音壁模式光纤激光器 [J]，中国激光，2013，39(11)，1102001；张远宪，普小云，刘春，冯黎，一种基于PDMS的多波段回音壁模式光纤激光器及其加工方法，中国发明专利，授权时间 ；2013.11.20，专利号：ZL201210178462.3），这种光纤激光器将一根石英光纤插入有增益包层溶液的玻璃套管或PDMS中，在沿光纤轴向消逝波光抽运的条件下实现了回音壁模式激光辐射。然而，这种光纤激光器不能实现染料增益介质的循环流动，使得染料分子容易被漂白，导致激光器的光稳定性较差。另一方面，对于同一抽运光，很难实现较大波长范围可调谐的低阈值激光辐射。为此，开发一种能够微型化，集成度高，能实现增益介质循环流动且在低阈值条件下实现多种组分的高灵敏度检测的荧光共振能量转移光流控激光器是具有广阔的应用前景的。