Mikro-nano fotonika uglavnom proučava zakon interakcije između svjetlosti i materije na mikro i nano skali i njegovu primjenu u generiranju svjetlosti, prijenosu, regulaciji, detekciji i senzorima. Mikro-nano fotonički uređaji subtalasne dužine mogu efikasno poboljšati stepen integracije fotona, a očekuje se da će integrirati fotonske uređaje u mali optički čip poput elektronskih čipova. Nano-površinska plazmonika je novo područje mikro-nano fotonike, koje uglavnom proučava interakciju između svjetlosti i materije u metalnim nanostrukturama. Ima karakteristike male veličine, velike brzine i prevazilaženja tradicionalnih difrakcijskih granica. Struktura nanoplazma talasovoda, koja ima dobre karakteristike lokalnog pojačanja polja i rezonantnog filtriranja, osnova je nanofiltera, multipleksera talasne dužine, optičkog prekidača, lasera i drugih mikro-nano optičkih uređaja. Optičke mikrošupljine ograničavaju svjetlost na sićušna područja i značajno poboljšavaju interakciju između svjetlosti i materije. Stoga je optička mikrošupljina sa visokim faktorom kvaliteta važan način visokoosjetljivog senzora i detekcije.
WGM mikrošupljina
Posljednjih godina, optička mikrošupljina privukla je mnogo pažnje zbog svog velikog potencijala primjene i naučnog značaja. Optička mikrošupljina se uglavnom sastoji od mikrosfera, mikrokolona, mikroprstena i drugih geometrija. To je vrsta morfološki zavisnog optičkog rezonatora. Svjetlosni talasi u mikrošupljinama se u potpunosti reflektuju na granici mikrošupljine, što rezultira rezonantnim modom koji se naziva mod šaputajuće galerije (WGM). U poređenju s drugim optičkim rezonatorima, mikrorezonatori imaju karakteristike visoke Q vrijednosti (veće od 106), niskog volumena moda, male veličine i jednostavne integracije itd., te su primijenjeni za visokoosjetljivo biohemijsko očitavanje, lasersko zračenje ultra-niskog praga i nelinearno djelovanje. Cilj našeg istraživanja je pronaći i proučiti karakteristike različitih struktura i različitih morfologija mikrošupljina, te primijeniti ove nove karakteristike. Glavni pravci istraživanja uključuju: istraživanje optičkih karakteristika WGM mikrošupljine, istraživanje izrade mikrošupljina, istraživanje primjene mikrošupljina itd.
Biohemijsko očitavanje u mikrošupljinama WGM-a
U eksperimentu je za mjerenje senzora korišten WGM mod višeg reda četiri reda M1 (SLIKA 1(a)). U poređenju sa modom nižeg reda, osjetljivost moda višeg reda je znatno poboljšana (SLIKA 1(b)).
Slika 1. Rezonantni mod (a) mikrokapilarne šupljine i odgovarajuća osjetljivost indeksa prelamanja (b)
Podesivi optički filter sa visokom Q vrijednošću
Prvo se izvlači radijalna, sporo promjenjiva cilindrična mikrošupljina, a zatim se podešavanje talasne dužine može postići mehaničkim pomicanjem položaja spajanja na osnovu principa veličine oblika u odnosu na rezonantnu talasnu dužinu (Slika 2 (a)). Podesive performanse i propusni opseg filtriranja prikazani su na Slici 2 (b) i (c). Pored toga, uređaj može ostvariti optičko očitavanje pomaka sa tačnošću ispod nanometra.
Slika 2. Šematski dijagram podesivog optičkog filtera (a), podesivih performansi (b) i propusnog opsega filtera (c)
WGM mikrofluidni rezonator kapljica
U mikrofluidnom čipu, posebno za kapljicu u ulju (kapljica u ulju), zbog karakteristika površinske napetosti, za promjer od desetina ili čak stotina mikrona, ona će biti suspendirana u ulju, formirajući gotovo savršenu sferu. Optimizacijom indeksa prelamanja, sama kapljica je savršeni sferni rezonator s faktorom kvalitete većim od 108. Također se izbjegava problem isparavanja u ulju. Relativno velike kapljice će "sjedjeti" na gornjim ili donjim bočnim zidovima zbog razlika u gustoći. Ova vrsta kapljice može koristiti samo lateralni način pobuđivanja.
Vrijeme objave: 23. oktobar 2023.