Light harvesting and manipulating components fabricated by femtosecond laser microfabrication in opto-fluidic lab on chip devices

Integration of various components into a single monolithic substrate has given rise to Lab on chip (LOC) technology, which is a subset of the broader Microelectromechanical systems (MEMS) devices. Such integration of various components into the same chip has led to many useful demonstrations in point of care diagnostics, fluorescence detection, bio/chemical hazard detection and even in celestial light investigation and analysis. With the emergence of such portable devices, there is a great need for faster prototyping, turnaround time and even possibly industrial scale production. With the existing lithographic and other MEMS fabrication technologies, although useful for a large scale production, have their shortcomings in rapid prototyping and involve several steps of fabrication. Moreover, the absence of an inherently 3D microfabrication technology complicates the procedures involved in the form of multiple fabrication steps including masking ones. Femtosecond laser microfabrication technology which is inherently 3D and a single step fabrication technology has in the recent past found its application in the fabrication and demonstration of various LOC device configurations. The 3D fabrication ability and the physical mechanisms involved being non-linear ensure surface as well as sub-surface fabrication capability. Focused femtosecond laser beams, result in very high intensities in the focal volumes of the order of 1012Wcm-2 trigger non-linear processes like multiphoton ionization, avalanche ionization etc. resulting in an optical breakdown and enabling the fabrication of buried waveguides, microchannels and even surface ablation structures. Using this versatile technology of microfabrication fluorescent light harvesting and wavelength selective detection configurations involving waveguide arrays and binary Fresnel lenses are demonstrated. Apart from this the fabrication of 3D fully embedded transparent electrodes for an LOC configuration in a light manipulating application is also demonstrated. Apart from this the simulations on the transmission properties of plasmonic semiconductor nano-crystals embedded dielectrics is also reported, paving way for versatile devices like smart windows and even sensing based applications have been demonstrated. The thesis forms the basic work for various future LOC configurations like on chip light sources, microfluidic lasers, optofluidic tunable lenses and dynamic photonic crystals with tailorable transmission properties.

Integrazione di diversi componenti in un singolo substrato monolitico ha suscitato Lab on chip (LOC) La tecnologia, che è un sottoinsieme dei più ampi sistemi microelettromeccanici (MEMS) dispositivi. Come integrazione dei vari componenti nella stessa piastrina ha portato a molte manifestazioni utili nel punto di cura diagnostica, rivelazione a fluorescenza, bio / rilevazione rischio chimico e anche in indagini luce celestiale e analisi. Con l'insorgere di tali dispositivi portatili, vi è una grande necessità di prototipazione veloce, inversione tempo e anche la produzione su scala industriale, eventualmente. Con il litografica e altri MEMS esistente fabbricazione tecnologie, anche se utile per una produzione su larga scala, hanno le loro carenze in prototipazione rapida e coinvolgere più fasi di fabbricazione. Inoltre, l'assenza di una tecnologia di microfabbricazione intrinsecamente 3D complica le procedure necessarie per la forma di molteplici fasi di fabbricazione, tra cui quelle di mascheramento. La tecnologia a femtosecondi microfabbricazione laser che è intrinsecamente 3D e un solo passo di fabbricazione La tecnologia ha nel recente passato ha trovato la sua applicazione nella fabbricazione e la dimostrazione di varie LOC configurazioni del dispositivo. La capacità di fabbricazione 3D e meccanismi fisici coinvolti essendo non-lineare assicurarsi che la superficie, nonché la capacità di fabbricazione sotto la superficie. Raggi laser a femtosecondi focalizzati, provocano molto intensità elevate dei volumi focali dell'ordine di 1012Wcm-2 innescare processi non lineari come multiphoton ionizzazione, valanghe ionizzazione ecc conseguente scomposizione ottica e consentendo la realizzazione di sepolto guide d'onda, microcanali e anche le strutture di ablazione di superficie. Utilizzando questa tecnologia versatile di configurazioni microfabbricazione fluorescente di raccolta della luce e lunghezza d'onda di rilevazione selettiva che coinvolgono array in guida d'onda e lenti di Fresnel binari sono dimostrati. Oltre a questo la realizzazione di 3D completamente elettrodi trasparenti incorporati per una configurazione LOC in una leggera applicazione manipolatore è anche dimostrata. Oltre a questo le simulazioni sulle proprietà di trasmissione di semiconduttori plasmonica nano-cristalli incorporato dielettrici è anche riportato, aprendo la strada per i dispositivi versatili come le finestre intelligenti e sono stati dimostrati anche applicazioni di rilevamento basato. La tesi costituisce il lavoro di base per vari futuro Configurazioni LOC come sulle fonti di chip di luce, laser microfluidica, lenti sintonizzabili optofluidico e dinamica cristalli fotonici con proprietà di trasmissione Personalizzabile.