Optimization and fabrication of optofluidic micro-systems

Abstract

Im Rahmen dieses Projektes wurden zwei unterschiedliche Chips entwickelt. Beide gehören in das Gebiet von Flüssigkeitslichtwellenleitern. Bei solchen Wellenleitern sind Kern und Mantel in flüssiger Form realisiert.<br />Der erste Chip ist ein rekonfigurierbarer Wellenleiter. Verschiedene hydrodynamische Manipulationen von Flüssigkeiten werden hierbei verwendet um einen Flüssigkeitsstrahl in einem Mikro-Kanal zu bewegen.<br />Dieser Flüssigkeitsstrahl wird zur selben Zeit auch als Kern eines Flüssigkeitslichtwellenleiters verwendet. Durch Anlegen von unterschiedlichen Einlassgeschwindigkeiten an verschiedenen Flüssigkeitseinlässen können mehrere unterschiedliche Auslasspositionen des Lichtes erhalten werden.<br />Der zweite Chip ist ein Fluoreszenzsensor. Hierbei wird das evaneszente Feld eines Flüssigkeitslichtwellenleiters benutzt um Fluoreszenz in einem Testmedium zu stimulieren. Dieses Testmedium ist eng an den Kern des Wellenleiters gebracht. Durch Anlegen von unterschiedlichen Einlassgeschwindigkeiten können unterschiedliche Analysesituationen erhalten werden.<br />Die vorliegende Arbeit behandelt den vollständigen Entwicklungszyklus dieser beiden Chips beginnend von der Simulation der Designideen, Fertigung der Chips und Charakterisierung dieser Chips.<br />Die Funktion von beiden Chips wurde anhand von Experimentellen Aufbauten demonstriert. Beide zeigten exzellentes Arbeitsverhalten.<br />

In this project two different devices were developed. Both are placed in the field of L2-waveguides. These are waveguides with core and cladding provided in liquid form.<br />The first device is a waveguide shifter. Different hydrodynamical manipulations of liquids are used to steer a liquid stream in a micro-channel. This liquid stream is used as the core of an L2-waveguide at the same time as well. Applying different inlet velocities at different liquid inlets, results in certain distinct outlet positions for the light.<br />The second device is a fluorescence sensor. It takes use out of the evanescent field arising from an L2-waveguide to excite fluorescence in a sample medium. This sample medium is brought in tight contact to the core of the waveguide. By applying different inlet velocities different analyzing situations can be generated.<br />This work covers the full development cycle of these two devices beginning from simulations of the design ideas, fabrication of the devices and characterization of these.<br />The functionality of both devices was proven in experimental setups.<br />Both of them showed excellent working behavior.