Polymerbasierter wellenleiterintegrierter DFB Laser

Abstract:
In der zunehmend digitalisierten Welt von heute spielen Lab-on-Chip Technologien im den Bereichen Umweltsensoren, Bio-Detektion, Wirkstoffforschung und Chemische Analysen eine immer größere Rolle. Für die meisten Lab-on-Chip- Systeme werden heutzutage laserinduzierte spektrofluorometrische Verfahren aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit und Detektionsselektivität eingesetzt. Die größte Herausforderung besteht hierbei in einer effizienten Kopplung zwischen externer Laserquellen und den optischen Wellenleitern in solch einem kompakten Sensorsystem. Eine außerordentlich genaue Justage und Kontrolle ist nötig, um inakzeptable optische Verluste und Messfehler zu vermeiden. Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, die Lichtquelle direkt in die Wellenleiter des optischen Netzwerks des Lab-On-Chip Sensorsystems zu integrieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurden polymerbasierte wellenleiterintegrierte DFB (Distributed Feedback) Laserresonatoren erfolgreich durch einen kombinierten Nanoimprint- und Photolithographie-Prozess (CNP) hergestellt. Mit diesem Hybridverfahren konnten optische Strukturen restschichtfrei mit einer Größe im Nanometer- (Bragg-Gitter) und Mikrometerbereich (Stegwellenleiter) gleichzeitig mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit realisiert werden. Nach der Herstellung der Wellenleiterresonatoren wurde das laseraktive organische Materialsystem Alq3:DCM2 auf der Oberseite des Bragg-Gitterbereichs beschichtet. Die aus der Laseremission ermittelte Halbwertsbreite von 180 pm weist auf eine sehr gute Gitterqualität hin. Der wellenleiterintegrierte Laser erreicht dabei eine Laserschwelle von ca. 19 myJ/cm² bei einer Emissionswellenlänge von 652,34 nm.