Micro-nanofotonica studiază în principal legea interacțiunii dintre lumină și materie la scară micro și nano și aplicațiile acesteia în generarea, transmisia, reglarea, detectarea și detectarea luminii. Dispozitivele micro-nanofotonice sub lungimea de undă pot îmbunătăți eficient gradul de integrare a fotonilor și se așteaptă să integreze dispozitivele fotonice într-un cip optic mic, precum cipurile electronice. Nanoplasmonica de suprafață este un domeniu nou al micro-nanofotonicii, care studiază în principal interacțiunea dintre lumină și materie în nanostructurile metalice. Are caracteristici precum dimensiuni reduse, viteză mare și depășirea limitei tradiționale de difracție. Structura de ghid de undă nanoplasmă, care are caracteristici bune de amplificare locală a câmpului și filtrare prin rezonanță, este baza nanofiltrelor, multiplexorului cu diviziune de lungime de undă, comutatorului optic, laserului și altor dispozitive micro-nano optice. Microcavitățile optice limitează lumina în regiuni minuscule și îmbunătățesc considerabil interacțiunea dintre lumină și materie. Prin urmare, microcavitatea optică cu factor de calitate ridicată este o modalitate importantă de detectare și detectare cu sensibilitate ridicată.
Microcavitatea WGM
În ultimii ani, microcavitățile optice au atras multă atenție datorită potențialului său mare de aplicare și importanței științifice. Microcavitățile optice constă în principal din microsfere, microcoloane, microinele și alte geometrii. Este un tip de rezonator optic dependent de morfologie. Undele luminoase din microcavități sunt reflectate complet la interfața microcavității, rezultând un mod de rezonanță numit mod galerie șoptitor (WGM). Comparativ cu alte rezonatoare optice, microrezonatoarele au caracteristici precum o valoare Q ridicată (mai mare de 106), volum redus al modului, dimensiuni reduse și integrare ușoară etc. și au fost aplicate în detectarea biochimică de înaltă sensibilitate, laser cu prag ultra-scăzut și acțiune neliniară. Scopul nostru de cercetare este de a găsi și studia caracteristicile diferitelor structuri și diferite morfologii ale microcavităților și de a aplica aceste noi caracteristici. Principalele direcții de cercetare includ: cercetarea caracteristicilor optice ale microcavităților WGM, cercetarea fabricării microcavităților, cercetarea aplicațiilor microcavităților etc.
Detectarea biochimică a microcavităților WGM
În experiment, pentru măsurarea prin detecție s-a utilizat modul WGM de ordin superior cu patru ordine M1 (FIG. 1(a)). Comparativ cu modul de ordin inferior, sensibilitatea modului de ordin superior a fost mult îmbunătățită (FIG. 1(b)).
Figura 1. Modul de rezonanță (a) al cavității microcapilare și sensibilitatea indicelui de refracție corespunzător (b)
Filtru optic reglabil cu valoare Q ridicată
Mai întâi, microcavitatea cilindrică cu schimbare radială lentă este extrasă, iar apoi reglarea lungimii de undă poate fi realizată prin deplasarea mecanică a poziției de cuplare pe baza principiului dimensiunii formei, având în vedere lungimea de undă rezonantă (Figura 2 (a)). Performanța reglabilă și lățimea de bandă de filtrare sunt prezentate în Figura 2 (b) și (c). În plus, dispozitivul poate realiza detectarea optică a deplasării cu o precizie subnanometrică.
Figura 2. Diagrama schematică a filtrului optic reglabil (a), a performanței reglabile (b) și a lățimii de bandă a filtrului (c)
Rezonator microfluidic cu picături WGM
În cipul microfluidic, în special pentru picătura în ulei (drople in-oil), datorită caracteristicilor tensiunii superficiale, pentru diametrul de zeci sau chiar sute de microni, aceasta va fi suspendată în ulei, formând o sferă aproape perfectă. Prin optimizarea indicelui de refracție, picătura în sine este un rezonator sferic perfect, cu un factor de calitate mai mare de 108. De asemenea, se evită problema evaporării în ulei. Picăturile relativ mari se vor „așeza” pe pereții laterali superiori sau inferiori din cauza diferențelor de densitate. Acest tip de picătură poate utiliza doar modul de excitație laterală.
Data publicării: 23 oct. 2023