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.Mikrownęki 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, mikroringu i innych geometrii.Jest to rodzaj rezonatora optycznego zależnego od morfologii.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.