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用于生物医学应用的高效薄膜 808nm VCSEL

生物相容性光源已经出现在新兴的生物医学应用中，使它们能够用于生物传感、光遗传学调制和光疗等多用途技术。特别是，垂直腔面发射激光器 (VCSEL) 由于其低驱动电流性能、低成本和易于封装的二维 (2D) 阵列结构而成为光源的潜在候选者。具有生物相容性和生物稳定性的 PDMS 特性使薄膜 VCSEL 非常适合生物医学应用。

光电子学在生物医学行业得到了广泛的研究和开发，用于多种应用，例如基于光学的生物传感、光动力疗法、荧光成像和激光手术。特别是，生物相容性光源最近在生物医学技术中引起了极大的关注，因为它们具有作为下一代医学应用的潜力，使其能够获得实时监测信息，如血压、卡路里消耗和心电图 (ECG)。

与传统的发光二极管 (LED) 和边缘发射激光二极管 (EEL) 相比，垂直腔面发射激光器 (VCSEL) 由于其低阈值、低发散光束尺寸，已迅速成为一种有前途的光源，出色的可靠性和低功耗。此外，制造二维 (2D) 激光阵列是可行的，使其能够轻松封装到光子集成电路 (PIC) 等光学芯片中。随着多功能 VCSEL 应用的技术进步，大量研究表明将传统 VCSEL 与生物相容性聚合物（如聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)）以及刚性基板（如 Si 和蓝宝石）相结合。然而，由于缺乏将传统 VCSEL 与适用于生物组织的聚合物集成的有效技术，限制了生物相容性高效薄膜 VCSEL 的实现。

聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 属于一组高分子有机硅化合物，由于其生物相容性和生物稳定性，有可能用作生物电子应用的合适材料。PDMS 还具有热稳定性、柔韧性和重量轻，与用于微器件制造的其他材料相比，制造成本低。它已广泛应用于生物电子学，如生物微机电系统、微流体系统和生物光学，使其能够减轻对人体组织的不利影响，如炎症反应PDMS 还可以在很宽的温度范围内保护电子元件免受机械和环境影响。此功能使 PDMS 材料能够用于生物电子行业，保护基于半导体的微型光学设备，例如波导、光纤和激光器。

然而，由于 PDMS 在器件制造和特性测量方面的不利特性，实现安装在 PDMS 基板上的生物相容性薄膜 VCSEL 存在一些挑战。PDMS 在整个表面都相当疏水，因此在键合过程中很难与亲水性 III-V 外延层的表面结合。此外，PDMS 在与多种试剂结合使用时往往会膨胀，从而中断化学分析的定量测试. 尽管多次成功尝试将 PDMS 的性质从疏水性变为亲水性，但仍存在一些限制，例如化学不稳定、大规模制造过程限制以及难以长时间保持亲水性。

与传统 VCSEL 相比，薄膜 VCSEL 的 L–I–V 曲线表现出较低的最大光功率，这归因于 PDMS 的热导率（~ 0.2 W/mK）低于GaAs 衬底 (~ 50 W/mK) 11 , 28。同样，转移过程后薄膜 VCSEL 的早期翻转归因于无法通过 PDMS 基板分散足够的热量。新采用的双转移技术与 SMB 相结合，在操作安装在生物相容性 PDMS 聚合物上的薄膜 VCSEL 方面带来了优越的优势。

深圳市波粒智能电子有限公司，专业研发生产VCSEL，半导体激光器，激光模组，光引擎。

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