Mikro-nano fotonika študuje najmä zákony interakcie medzi svetlom a hmotou v mikro a nano mierke a ich aplikácie pri generovaní, prenose, regulácii, detekcii a snímaní svetla. Mikro-nano fotonické zariadenia so subvlnovou dĺžkou môžu účinne zlepšiť stupeň integrácie fotónov a očakáva sa, že integrujú fotonické zariadenia do malých optických čipov, ako sú elektronické čipy. Nano-povrchová plazmonika je nová oblasť mikro-nano fotoniky, ktorá študuje najmä interakciu medzi svetlom a hmotou v kovových nanostruktúrach. Vyznačuje sa malými rozmermi, vysokou rýchlosťou a prekonáva tradičný difrakčný limit. Štruktúra nanoplazmového vlnovodu, ktorá má dobré vlastnosti lokálneho zosilnenia poľa a rezonančného filtrovania, je základom nanofiltrov, multiplexorov s delením vlnových dĺžok, optických prepínačov, laserov a iných mikro-nano optických zariadení. Optické mikrodutiny obmedzujú svetlo na malé oblasti a výrazne zlepšujú interakciu medzi svetlom a hmotou. Preto je optická mikrodutina s vysokým faktorom kvality dôležitým spôsobom vysoko citlivého snímania a detekcie.
Mikrodutina WGM
V posledných rokoch priťahujú optické mikrodutiny veľkú pozornosť vďaka svojmu veľkému aplikačnému potenciálu a vedeckému významu. Optické mikrodutiny pozostávajú hlavne z mikroguľôčok, mikrostĺpcov, mikrokruhov a iných geometrií. Ide o druh morfologicky závislého optického rezonátora. Svetelné vlny v mikrodutinách sa plne odrážajú na rozhraní mikrodutiny, čo vedie k rezonančnému režimu nazývanému režim šepkajúcej galérie (WGM). V porovnaní s inými optickými rezonátormi majú mikrorezonátory charakteristiky vysokej hodnoty Q (viac ako 106), nízkeho objemu režimu, malej veľkosti a jednoduchej integrácie atď. a boli použité na vysoko citlivé biochemické snímanie, laserové žiarenie s ultranízkym prahom a nelineárne pôsobenie. Cieľom nášho výskumu je nájsť a študovať charakteristiky rôznych štruktúr a rôznych morfológií mikrodutín a aplikovať tieto nové charakteristiky. Hlavné smery výskumu zahŕňajú: výskum optických charakteristík mikrodutín WGM, výskum výroby mikrodutín, aplikačný výskum mikrodutín atď.
Biochemické snímanie v mikrodutine WGM
V experimente bol na meranie snímania použitý štvorriadkový vysokoriadkový režim WGM M1 (obr. 1(a)). V porovnaní s nízkoriadkovým režimom sa citlivosť vysokoriadkového režimu výrazne zlepšila (obr. 1(b)).
Obrázok 1. Rezonančný mód (a) mikrokapilárnej dutiny a jeho zodpovedajúca citlivosť indexu lomu (b)
Laditeľný optický filter s vysokou hodnotou Q
Najprv sa vytiahne radiálna, pomaly sa meniaca valcová mikrodutina a potom sa dá dosiahnuť ladenie vlnovej dĺžky mechanickým posunutím spojovacej polohy na základe princípu veľkosti tvaru od rezonančnej vlnovej dĺžky (obrázok 2 (a)). Laditeľný výkon a šírka pásma filtrovania sú znázornené na obrázku 2 (b) a (c). Okrem toho zariadenie dokáže realizovať optické snímanie posunu s presnosťou sub nanometrov.
Obrázok 2. Schematický diagram laditeľného optického filtra (a), laditeľného výkonu (b) a šírky pásma filtra (c)
Mikrofluidný kvapkový rezonátor WGM
V mikrofluidnom čipe, najmä v prípade kvapôčky v oleji (kvapôčka v oleji), sa kvapôčka s priemerom desiatok alebo dokonca stoviek mikrónov vďaka vlastnostiam povrchového napätia suspenduje v oleji a vytvára takmer dokonalú guľu. Optimalizáciou indexu lomu je samotná kvapôčka dokonalým sférickým rezonátorom s faktorom kvality viac ako 108. Taktiež sa tým zabráni problému s odparovaním v oleji. Relatívne veľké kvapôčky sa v dôsledku rozdielov v hustote „usadia“ na horné alebo dolné bočné steny. Tento typ kvapôčky dokáže použiť iba režim laterálneho budenia.
Čas uverejnenia: 23. októbra 2023