Šta je mikro-nano fotonika?

Mikro-nano fotonika uglavnom proučava zakon interakcije između svjetlosti i materije na mikro i nano skali i njenu primjenu u stvaranju, prijenosu, regulaciji, detekciji i sensingu svjetlosti.Uređaji podtalasne dužine mikro-nano fotonike mogu efikasno poboljšati stepen integracije fotona, a očekuje se da će fotonske uređaje integrisati u mali optički čip poput elektronskih čipova.Nano-površinska plazmonika je nova oblast mikro-nano fotonike, koja uglavnom proučava interakciju između svjetlosti i materije u metalnim nanostrukturama.Ima karakteristike male veličine, velike brzine i prevazilaženja tradicionalne granice difrakcije.Struktura nanoplazma-valovoda, koja ima dobro poboljšanje lokalnog polja i karakteristike rezonantnog filtriranja, osnova je nano-filtera, multipleksera s podjelom talasnih dužina, optičkog prekidača, lasera i drugih mikro-nano optičkih uređaja.Optičke mikrošupljine ograničavaju svjetlost na sićušne regije i uvelike poboljšavaju interakciju između svjetlosti i materije.Stoga je optička mikrošupljina s visokim faktorom kvalitete važan način sensiranja i detekcije visoke osjetljivosti.

WGM mikrošupljina

Posljednjih godina optička mikrošupljina privlači veliku pažnju zbog velikog potencijala primjene i naučnog značaja.Optička mikrošupljina se uglavnom sastoji od mikrosfere, mikrokolone, mikroprstena i drugih geometrija.To je vrsta morfološki zavisnog optičkog rezonatora.Svetlosni talasi u mikrošupljinama se u potpunosti reflektuju na interfejsu mikrošupljine, što dovodi do rezonantnog režima koji se naziva režim šaptajuće galerije (WGM).U poređenju sa drugim optičkim rezonatorima, mikrorezonatori imaju karakteristike visoke Q vrednosti (veće od 106), male zapremine moda, male veličine i lake integracije, itd., i primenjeni su na biohemijsko sensiranje visoke osetljivosti, laser sa ultra niskim pragom i nelinearne akcije.Cilj našeg istraživanja je pronaći i proučiti karakteristike različitih struktura i različitih morfologija mikrošupljina, te primijeniti te nove karakteristike.Glavni pravci istraživanja su: istraživanje optičkih karakteristika WGM mikrošupljine, fabričko istraživanje mikrošupljine, primijenjeno istraživanje mikrošupljine itd.

WGM mikrošupljina biohemijski sensing

U eksperimentu je za mjerenje senzora korišten WGM mod četiri reda visokog reda M1 (Slika 1(a)).U poređenju sa režimom nižeg reda, osetljivost režima visokog reda je znatno poboljšana (Slika 1(b)).

Slika 1. Rezonantni mod (a) mikrokapilarne šupljine i njen odgovarajući indeks osjetljivosti (b)

Podesivi optički filter sa visokom Q vrijednosti

Prvo se izvlači radijalna sporo promjenjiva cilindrična mikrošupljina, a zatim se podešavanje valne dužine može postići mehaničkim pomicanjem položaja sprege na osnovu principa veličine oblika od rezonantne valne dužine (slika 2 (a)).Podesive performanse i propusni opseg filtriranja prikazani su na slici 2 (b) i (c).Pored toga, uređaj može realizovati optičko detektovanje pomaka sa tačnošću ispod nanometara.

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 površinskog napona, za prečnik od desetine ili čak stotine mikrona, suspendovaće se u ulju, formirajući skoro savršena sfera.Kroz optimizaciju indeksa prelamanja, sama kapljica je savršen sferni rezonator sa faktorom kvaliteta većim od 108. Takođe izbjegava problem isparavanja u ulju.Za relativno velike kapljice, one će „sjesti“ na gornje ili donje bočne zidove zbog razlike u gustoći.Ova vrsta kapljica može koristiti samo bočni način ekscitacije.