一种新的可扩展的基于刻蚀的微盘激光器精确调谐技术

微纳米盘激光器最近作为有前途的光源和探针在纳米光子学和生物医学领域中得到了广泛应用。它们能够实现确定性波长和超窄带精度的激光，这对于片上光子通信、片上生物成像、生化传感和量子光子信息处理等多个应用至关重要。然而，这种精确波长微纳米盘激光器的大规模制造仍然具有挑战性。目前的纳米制造工艺在盘直径中引入了随机性，使得激光批次中难以实现确定性波长。 

为了解决这个问题，来自哈佛医学院和马萨诸塞州总医院Wellman光医学中心的一组研究人员开发了一种创新的光电化学(PEC)蚀刻技术，以亚纳米精度精确调节微盘激光器的激光波长。他们的工作发表在黄金开放存取期刊《先进光子学》上。 

新方法可以制造具有精确和预定发射波长的微和纳米激光批。这一突破的关键在于使用PEC蚀刻，这提供了一种高效和可扩展的方式来微调微盘激光器的波长。 

在他们的工作中，研究小组成功地在磷化柱结构上获得了SiO2封装的砷化镓磷化微盘。然后，他们通过在稀硫酸溶液中进行光电化学腐蚀，将这些微在他们的工作中，研究小组成功地在磷化柱结构上获得了SiO2封装的砷化镓磷化微盘。然后，他们通过在稀硫酸溶液中进行光电化学腐蚀，将这些微盘的激光波长精确调谐到确定性的值。他们还研究了特定PEC腐蚀的机制和动力学。最后，他们将波长调谐的微盘阵列转移到聚二甲基硅氧烷衬底上，产生具有不同激光波长的独立的孤立激光粒子。由此产生的微盘显示出超窄带宽的激光发射，柱上激光的带宽小于0.6 nm，孤立粒子的带宽小于1.5 nm。 

这个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，独立的微盘激光器可以作为异质生物样品的物理光学条形码，使特定细胞类型的标记和在复用分析中特定分子的靶向。 

目前细胞特异性标记主要使用传统的生物标志物，如有机荧光素、量子点和荧光珠，这些生物标志物的发射线宽较宽，只能同时标记少数特定的细胞类型。相比之下，微盘激光器的超窄带光发射将使更多的细胞类型同时被识别。

因此，研究团队测试并成功证明了精确调谐的微盘激光粒子作为生物标志物，通过使用它们来标记培养中的活体正常乳腺上皮MCF10A细胞。由于其超窄带宽发射，这些激光可能会彻底改变使用成熟的生物医学和光学技术进行的生物传感，如细胞动力学成像、流式细胞术和多组学分析。 

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，以及其亚纳米精度，为这种激光器在纳米光子和生物医学设备中的无数应用，以及在特定细胞群体和分析分子的条形码中发现的无数应用开辟了新的可能性。

相关链接：https://phys.org/news/2023-09-scalable-etching-based-technique-precise-tuning.html