Čo je mikro-nano fotonika?

Mikro-nano fotonika študuje hlavne zákon interakcie medzi svetlom a hmotou v mikro a nano meradle a jeho využitie pri vytváraní, prenose, regulácii, detekcii a snímaní svetla.Mikro-nano fotonické zariadenia pod vlnovou dĺžkou môžu účinne zlepšiť stupeň integrácie fotónov a očakáva sa, že budú integrovať fotonické zariadenia do malého optického čipu, ako sú elektronické čipy.Nano-povrchová plazmonika je nová oblasť mikro-nano fotoniky, ktorá študuje hlavne interakciu medzi svetlom a hmotou v kovových nanoštruktúrach.Má vlastnosti malých rozmerov, vysokej rýchlosti a prekonávania tradičného difrakčného limitu.Štruktúra nanoplazmového vlnovodu, ktorá má dobré vlastnosti miestneho vylepšenia poľa a rezonančného filtrovania, je základom nanofiltra, multiplexora s delením vlnovej dĺžky, optického prepínača, lasera 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 snímania a detekcie vysokej citlivosti.

WGM mikrodutina

V posledných rokoch priťahuje optická mikrodutina veľkú pozornosť vďaka jej veľkému aplikačnému potenciálu a vedeckému významu.Optická mikrodutina pozostáva hlavne z mikroguľôčok, mikrokolón, mikrokrúžku a iných geometrií.Je to druh morfologicky závislého optického rezonátora.Svetelné vlny v mikrodutinách sa plne odrážajú na rozhraní mikrodutín, čo vedie k rezonančnému režimu nazývanému režim šeptajúcej galérie (WGM).V porovnaní s inými optickými rezonátormi majú mikrorezonátory charakteristiky vysokej hodnoty Q (väčšej ako 106), objemu s nízkym režimom, malej veľkosti a ľahkej integrácie atď., Aplikujú sa na biochemické snímanie s vysokou citlivosťou, ultranízky prahový laser nelineárne pôsobenie.Cieľom nášho výskumu je nájsť a študovať charakteristiky rôznych štruktúr a rôznych morfológií mikrodutín a aplikovať tieto nové charakteristiky.Medzi hlavné smery výskumu patria: výskum optických charakteristík mikrodutín WGM, výskum výroby mikrodutín, aplikačný výskum mikrodutín atď.

Biochemické snímanie mikrodutín WGM

V experimente sa na meranie snímania použil štvorradový WGM mód M1 (obr. 1(a)).V porovnaní s režimom nízkeho rádu sa citlivosť režimu vyššieho rádu výrazne zlepšila (obr. 1(b)).

Obrázok 1. Rezonančný mód (a) mikrokapilárnej dutiny a jej zodpovedajúca citlivosť indexu lomu (b)

Laditeľný optický filter s vysokou hodnotou Q

Najprv sa vytiahne radiálna pomaly sa meniaca valcová mikrodutina a potom sa môže 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 môže zariadenie realizovať optické snímanie posunu s presnosťou pod 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 pre kvapôčky v oleji (kvapôčky v oleji), v dôsledku charakteristík povrchového napätia, pre priemer desiatok alebo dokonca stoviek mikrónov, bude suspendovaný v oleji a vytvorí takmer perfektná guľa.Vďaka optimalizácii indexu lomu je samotná kvapka dokonalým sférickým rezonátorom s faktorom kvality viac ako 108. Tiež sa vyhýba problémom s vyparovaním v oleji.V prípade relatívne veľkých kvapiek budú „sedieť“ na hornej alebo dolnej bočnej stene kvôli rozdielom v hustote.Tento typ kvapiek môže používať iba režim laterálnej excitácie.