Što je mikro-nano fotonika?

Mikro-nano fotonika uglavnom proučava zakon interakcije između svjetlosti i materije na mikro i nano skali i njegovu primjenu u stvaranju, prijenosu, regulaciji, detekciji i senzoru svjetlosti. Mikro-nano fotonički uređaji ispod valne duljine mogu učinkovito poboljšati stupanj integracije fotona, a očekuje se da će fotonske uređaje integrirati u mali optički čip poput elektroničkih čipova. Nano-površinska plazmonika je novo polje mikro-nano fotonike, koje uglavnom proučava interakciju između svjetlosti i materije u metalnim nanostrukturama. Ima karakteristike male veličine, velike brzine i prevladavanja tradicionalne granice difrakcije. Struktura valovoda nanoplazme, koja ima dobro lokalno pojačanje polja i karakteristike rezonantnog filtriranja, osnova je nano-filtera, multipleksera s podjelom valnih duljina, optičkog prekidača, lasera i drugih mikro-nano optičkih uređaja. Optičke mikrošupljine ograničavaju svjetlost na sićušna područja i uvelike poboljšavaju interakciju između svjetlosti i materije. Stoga je optička mikrošupljina s visokim faktorom kvalitete važan način visokoosjetljivog očitavanja i detekcije.

WGM mikrošupljina

Posljednjih je godina optička mikrošupljina privukla veliku pozornost zbog velikog potencijala primjene i znanstvenog značaja. Optička mikrošupljina se uglavnom sastoji od mikrosfere, mikrokolone, mikroprstena i drugih geometrija. To je vrsta optičkog rezonatora ovisnog o morfologiji. Svjetlosni valovi u mikrošupljinama u potpunosti se reflektiraju na sučelju mikrošupljina, što rezultira načinom rezonancije koji se naziva način šaptajuće galerije (WGM). U usporedbi 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 biokemijsko očitavanje visoke osjetljivosti, laser ultra niskog praga i nelinearno djelovanje. Cilj našeg istraživanja je pronaći i proučiti karakteristike različitih struktura i različitih morfologija mikrošupljina, te primijeniti te nove karakteristike. Glavni pravci istraživanja uključuju: istraživanje optičkih karakteristika WGM mikrošupljine, istraživanje izrade mikrošupljine, istraživanje primjene mikrošupljine itd.

Biokemijski senzor WGM mikrošupljine

U eksperimentu je WGM mod M1 visokog reda četiri reda (SLIKA 1(a)) korišten za senzorsko mjerenje. U usporedbi s načinom nižeg reda, osjetljivost načina rada visokog reda znatno je poboljšana (Slika 1(b)).

Slika 1. Način rezonancije (a) mikrokapilarne šupljine i odgovarajuća osjetljivost indeksa loma (b)

Podesivi optički filtar s visokom Q vrijednošću

Najprije se izvlači radijalna polagano promjenjiva cilindrična mikrošupljina, a zatim se ugađanje valne duljine može postići mehaničkim pomicanjem položaja spojnice na temelju načela veličine oblika od rezonantne valne duljine (Slika 2 (a)). Podesiva izvedba i širina pojasa filtriranja prikazani su na slici 2 (b) i (c). Osim toga, uređaj može ostvariti optičko očitavanje pomaka s subnanometarskom točnošću.

Slika 2. Shematski dijagram podesivog optičkog filtra (a), podesive izvedbe (b) i propusnosti filtra (c)

WGM mikrofluidni kapljični rezonator

u mikrofluidnom čipu, posebno za kapljicu u ulju (kapljica u ulju), zbog karakteristika površinske napetosti, za promjer od desetaka ili čak stotina mikrona, bit će suspendiran u ulju, tvoreći gotovo savršena sfera. Kroz optimizaciju indeksa loma, sama kapljica je savršen sferni rezonator s faktorom kvalitete većim od 108. Također izbjegava problem isparavanja u ulju. Za relativno velike kapljice, one će "sjesti" na gornje ili donje bočne stijenke zbog razlike u gustoći. Ova vrsta kapljica može koristiti samo način bočne ekscitacije.