Czym jest fotonika mikro-nano?

Fotonika mikro-nano bada głównie prawa interakcji między światłem i materią w skali mikro i nano oraz jej zastosowanie w wytwarzaniu, transmisji, regulacji, detekcji i wykrywaniu światła. Mikronanofotoniczne urządzenia o mniejszej długości fali mogą skutecznie poprawić stopień integracji fotonów i oczekuje się, że urządzenia fotoniczne zostaną zintegrowane w małym chipie optycznym, takim jak chipy elektroniczne. Plazmonika nanopowierzchniowa to nowa dziedzina fotoniki mikro-nano, która zajmuje się głównie badaniem interakcji między światłem i materią w nanostrukturach metali. Charakteryzuje się niewielkim rozmiarem, dużą prędkością i pokonywaniem tradycyjnego limitu dyfrakcji. Struktura nanoplazmy-falowodu, która ma dobre właściwości wzmocnienia pola lokalnego i filtrowania rezonansu, jest podstawą nanofiltra, multipleksera z podziałem długości fali, przełącznika optycznego, lasera i innych mikro-nano urządzeń optycznych. Mikrowgłębienia optyczne ograniczają światło do małych obszarów i znacznie wzmacniają interakcję między światłem a materią. Dlatego mikrownęka optyczna o wysokim współczynniku jakości jest ważnym sposobem wykrywania i wykrywania o wysokiej czułości.

Mikrownęka WGM

W ostatnich latach mikrownęka optyczna cieszy się dużym zainteresowaniem ze względu na jej duży potencjał aplikacyjny i znaczenie naukowe. Mikrownęka optyczna składa się głównie z mikrosfery, mikrokolumny, mikropierścienia i innych geometrii. Jest to rodzaj morfologicznie zależnego rezonatora optycznego. Fale świetlne w mikrownękach są w pełni odbijane na granicy mikrownęk, tworząc tryb rezonansowy zwany trybem galerii szepczącej (WGM). W porównaniu z innymi rezonatorami optycznymi mikrorezonatory charakteryzują się wysoką wartością Q (większą niż 106), głośnością w trybie niskim, niewielkimi rozmiarami i łatwą integracją itp. I zostały zastosowane do wykrywania biochemicznego o wysokiej czułości, lasera o bardzo niskim progu i działanie nieliniowe. Naszym celem badawczym jest znalezienie i zbadanie cech różnych struktur i różnych morfologii mikrownęk oraz zastosowanie tych nowych cech. Główne kierunki badawcze obejmują: badania właściwości optycznych mikrownęki WGM, badania wytwarzania mikrownęki, badania aplikacyjne mikrownęki itp.

Wykrywanie biochemiczne mikrowgłębień WGM

W eksperymencie do pomiaru pomiarowego wykorzystano czterorzędowy mod WGM M1 wyższego rzędu (RYS. 1(a)). W porównaniu z trybem niskiego rzędu czułość trybu wyższego rzędu została znacznie poprawiona (RYS. 1(b)).

Rysunek 1. Tryb rezonansowy (a) wnęki mikrokapilary i odpowiadająca mu czułość współczynnika załamania światła (b)

Przestrajalny filtr optyczny o wysokiej wartości Q

Najpierw wyciąga się promieniową, powoli zmieniającą się cylindryczną mikrownękę, a następnie dostrojenie długości fali można osiągnąć poprzez mechaniczne przesuwanie położenia sprzęgania w oparciu o zasadę wielkości kształtu od długości fali rezonansowej (Rysunek 2 (a)). Przestrajalną wydajność i szerokość pasma filtrowania pokazano na rysunku 2 (b) i (c). Ponadto urządzenie może realizować optyczne wykrywanie przemieszczenia z dokładnością poniżej nanometra.

Rysunek 2. Schemat ideowy przestrajalnego filtra optycznego (a), przestrajalnej wydajności (b) i szerokości pasma filtra (c)

Rezonator kropli mikroprzepływowych WGM

w chipie mikroprzepływowym, szczególnie dla kropelki w oleju (kropla w oleju), ze względu na charakterystykę napięcia powierzchniowego, dla średnicy dziesiątek, a nawet setek mikronów będzie ona zawieszona w oleju, tworząc niemal idealna kula. Dzięki optymalizacji współczynnika załamania światła sama kropla jest doskonałym rezonatorem sferycznym o współczynniku jakości większym niż 108. Pozwala to również uniknąć problemu parowania oleju. W przypadku stosunkowo dużych kropelek będą one „siedzieć” na górnych lub dolnych ściankach bocznych ze względu na różnice gęstości. Ten typ kropli może korzystać wyłącznie z trybu wzbudzenia bocznego.