用于精确调谐微盘激光器的新型可扩展基于蚀刻的技术

微米和纳米盘激光器最近已成为纳米光子学和生物医学领域各种应用的有前景的光源和探针。它们以确定性波长和超窄带精度实现激光发射的能力对于片上光子通信、片上生物成像、生化传感和量子光子信息处理中的多种应用至关重要。然而，大规模制造这种精确波长的微米和纳米盘激光器仍然具有挑战性。当前的纳米制造工艺引入了圆盘直径的随机性，使得难以在激光批次中实现确定性波长。

为了解决这个问题，来自哈佛医学院和马萨诸塞州总医院韦尔曼光医学中心的研究人员团队开发了一种基于光电化学(PEC)蚀刻的创新技术，该技术有助于以亚纳米精度精确调谐微盘激光器的激光波长。他们的工作 发表在金牌开放获取期刊《 Advanced Photonics》上。

新方法允许制造具有精确和预定发射波长的微米和纳米激光批次。这一突破的关键在于 PEC 蚀刻的使用，它提供了一种高效且可扩展的方法来微调微盘激光器的波长。

在他们的工作中，该团队成功地在磷化铟柱结构上获得了SiO 2覆盖的砷化铟镓磷化物微盘。然后，他们通过在稀硫酸溶液中进行光电化学蚀刻，将这些微盘的激光波长精确调整到确定值。他们还研究了特定 PEC 蚀刻的机制和动力学。最后，他们将波长调谐的微盘阵列转移到聚二甲基硅氧烷基板上，产生具有不同激光波长的独立、孤立的激光粒子。由此产生的微盘显示出激光发射，柱上激光器的超窄带宽小于 0.6 nm，孤立颗粒的超窄带宽小于 1.5 nm。

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，独立式微盘激光器可以用作异质生物样品的物理光学条形码，从而能够在多重测定中标记特定细胞类型并靶向特定分子。

目前，细胞类型特异性标记是使用传统的生物标记物进行的，例如有机荧光团、量子点和荧光珠，它们具有较宽的发射线宽。因此，只能同时标记少数特定细胞类型。相比之下，具有超窄带光发射的微盘激光器将能够同时识别大量细胞类型。

因此，该团队测试并成功证明了精确调谐的微盘激光颗粒作为生物标记物，使用它们来标记培养中的活的正常乳腺上皮 MCF10A 细胞。凭借其超窄带宽发射，这些激光器有可能彻底改变使用成熟的生物医学和光学技术(例如细胞动力学成像、流式细胞术和多组学分析)进行的生物传感。

基于 PEC 蚀刻的技术标志着微盘激光器的重大进步。该方法的可扩展性及其亚纳米精度，为激光在纳米光子和生物医学设备以及特定细胞群和分析分子的条形码中的无数应用开辟了新的可能性。