Mikro-nanofotonika zajmuje się głównie badaniem prawa oddziaływania światła z materią w skali mikro i nano oraz jego zastosowaniem w generowaniu, transmisji, regulacji, detekcji i wykrywaniu światła. Urządzenia podfalowe mikro-nanofotoniki mogą skutecznie poprawić stopień integracji fotonów i oczekuje się, że zintegrują urządzenia fotoniczne w małych układach optycznych, takich jak układy elektroniczne. Plazmonika nanopowierzchniowa to nowa dziedzina mikro-nanofotoniki, która zajmuje się głównie badaniem oddziaływania światła z materią w metalowych nanostrukturach. Charakteryzuje się ona małymi rozmiarami, dużą szybkością i przekroczeniem tradycyjnego ograniczenia dyfrakcji. Struktura nanoplazmowo-falowodowa, charakteryzująca się dobrym wzmocnieniem pola lokalnego i właściwościami filtrowania rezonansowego, jest podstawą nanofiltrów, multiplekserów z podziałem długości fali, przełączników optycznych, laserów i innych mikro-nanourządzeń optycznych. Mikrownęki optyczne ograniczają światło do niewielkich obszarów i znacznie wzmacniają oddziaływanie między światłem a materią. Dlatego mikrownęka optyczna o wysokim współczynniku jakości jest ważnym sposobem na wysoką czułość wykrywania i detekcji.
Mikrownęka WGM
W ostatnich latach mikrownęka optyczna zyskała na popularności ze względu na swój ogromny potencjał aplikacyjny i znaczenie naukowe. Mikrownęka optyczna składa się głównie z mikrosfer, mikrokolumny, mikropierścienia i innych geometrii. Jest to rodzaj rezonatora optycznego zależnego od morfologii. Fale świetlne w mikrownękach są w pełni odbijane na granicy mikrownęki, co prowadzi do powstania modu rezonansowego zwanego modem galerii szeptu (WGM). W porównaniu z innymi rezonatorami optycznymi, mikrorezonatory charakteryzują się wysoką wartością dobroci Q (powyżej 106), niską objętością modu, małymi rozmiarami i łatwą integracją itp. i zostały zastosowane w wysokoczułym czujniku biochemicznym, laserach o ultraniskim progu i akcjach nieliniowych. Celem naszych badań jest znalezienie i zbadanie cech różnych struktur i morfologii mikrownęk oraz zastosowanie tych nowych cech. Główne kierunki badań obejmują: badania właściwości optycznych mikrownęki WGM, badania nad wytwarzaniem mikrownęk, badania aplikacyjne mikrownęk itp.
Czujniki biochemiczne mikrownęk WGM
W eksperymencie do pomiaru czułości wykorzystano czterorzędowy mod WGM wyższego rzędu M1 (rys. 1(a)). W porównaniu z trybem niższego rzędu, czułość trybu wyższego rzędu została znacznie zwiększona (rys. 1(b)).
Rysunek 1. Tryb rezonansowy (a) wnęki mikrokapilarnej i odpowiadająca mu czułość współczynnika załamania światła (b)
Strojony filtr optyczny o wysokiej wartości Q
Najpierw wyciągana jest radialna, wolno zmieniająca się, cylindryczna mikrownęka, a następnie dostrojenie długości fali można uzyskać poprzez mechaniczne przesunięcie położenia sprzężenia w oparciu o zasadę rozmiaru kształtu od długości fali rezonansowej (rysunek 2 (a)). Regulowana wydajność i szerokość pasma filtrowania przedstawiono na rysunkach 2 (b) i (c). Ponadto urządzenie może realizować optyczny pomiar przemieszczenia z dokładnością subnanometrową.
Rysunek 2. Schematyczny diagram strojonego filtru optycznego (a), strojonej wydajności (b) i szerokości pasma filtra (c)
Mikroprzepływowy rezonator kroplowy WGM
W układzie mikroprzepływowym, szczególnie w przypadku kropli w oleju (kropla w oleju), ze względu na charakterystykę napięcia powierzchniowego, dla średnicy dziesiątek, a nawet setek mikronów, kropla będzie zawieszona w oleju, tworząc niemal idealną kulę. Dzięki optymalizacji współczynnika załamania światła, sama kropla jest idealnym rezonatorem sferycznym o współczynniku jakości powyżej 108. Pozwala to również uniknąć problemu parowania w oleju. W przypadku stosunkowo dużych kropli, będą one „osiadać” na górnych lub dolnych ściankach bocznych ze względu na różnice gęstości. Ten typ kropli może wykorzystywać jedynie boczny tryb wzbudzenia.
Czas publikacji: 23 października 2023 r.