Микро-нано фотониката изучава главно закона за взаимодействие между светлината и материята в микро- и наномащаб и неговото приложение в генерирането, предаването, регулирането, откриването и сензорите на светлина. Микро-нано фотоничните устройства с подвълнова дължина могат ефективно да подобрят степента на интеграция на фотоните и се очаква да интегрират фотонни устройства в малък оптичен чип, подобен на електронните чипове. Нано-повърхностната плазмоника е нова област на микро-нано фотониката, която изучава главно взаимодействието между светлината и материята в метални наноструктури. Тя се характеризира с малък размер, висока скорост и преодоляване на традиционния дифракционен лимит. Наноплазмената вълноводна структура, която има добри характеристики на локално усилване на полето и резонансно филтриране, е основата на нанофилтри, мултиплексори с разделяне на дължината на вълната, оптични превключватели, лазери и други микро-нано оптични устройства. Оптичните микрокухини ограничават светлината до малки области и значително подобряват взаимодействието между светлината и материята. Следователно, оптичната микрокухина с висок качествен фактор е важен начин за високочувствително сензорно наблюдение и детектиране.
WGM микрокухина
През последните години оптичната микрокухина привлече много внимание поради големия си потенциал за приложение и научно значение. Оптичната микрокухина се състои главно от микросфери, микроколони, микропръстени и други геометрии. Тя е вид морфологично зависим оптичен резонатор. Светлинните вълни в микрокухините се отразяват напълно на границата на микрокухината, което води до резонансен режим, наречен режим на шепнеща галерия (WGM). В сравнение с други оптични резонатори, микрорезонаторите имат характеристиките на висока Q стойност (по-голяма от 106), нисък обем на мода, малък размер и лесна интеграция и др., и са били приложени за високочувствително биохимично наблюдение, лазери с ултра нисък праг и нелинейно действие. Целта на нашето изследване е да открием и проучим характеристиките на различни структури и различни морфологии на микрокухините и да приложим тези нови характеристики. Основните насоки на изследване включват: изследване на оптичните характеристики на WGM микрокухина, изследване на производството на микрокухини, изследване на приложението на микрокухини и др.
Биохимично сензорно наблюдение на микрокухини от WGM
В експеримента за измерване на сензорите е използван четири-порядковият WGM режим M1 (фиг. 1(a)). В сравнение с режима от нисък порядък, чувствителността на режима от висок порядък е значително подобрена (фиг. 1(b)).
Фигура 1. Резонансен режим (а) на микрокапилярната кухина и съответната му чувствителност на коефициента на пречупване (б)
Настройваем оптичен филтър с висока Q стойност
Първо, радиалната бавно променяща се цилиндрична микрокухина се издърпва, след което настройката на дължината на вълната може да се постигне чрез механично преместване на позицията на свързване въз основа на принципа на размера на формата спрямо резонансната дължина на вълната (Фигура 2 (а)). Настройваемата производителност и честотната лента на филтриране са показани на Фигура 2 (б) и (в). Освен това, устройството може да реализира оптично измерване на изместване с точност до субнанометър.
Фигура 2. Схематична диаграма на настройваем оптичен филтър (a), настройваема производителност (b) и честотна лента на филтъра (c)
WGM микрофлуиден капков резонатор
В микрофлуидния чип, особено за капката в маслото (капка в масло), поради характеристиките на повърхностното напрежение, за диаметър от десетки или дори стотици микрони, тя ще бъде суспендирана в маслото, образувайки почти перфектна сфера. Чрез оптимизиране на коефициента на пречупване, самата капка е перфектен сферичен резонатор с коефициент на качество над 108. Това също така избягва проблема с изпарението в маслото. При относително големи капки, те ще „седнат“ на горните или долните странични стени поради разлики в плътността. Този тип капка може да използва само режим на странично възбуждане.
Време на публикуване: 23 октомври 2023 г.