Какво е микро-нано фотоника?

Микро-нано фотониката основно изучава закона за взаимодействие между светлината и материята в микро и нано мащаб и приложението му при генериране, предаване, регулиране, откриване и усещане на светлина. Микро-нано фотонни устройства с дължина на вълната могат ефективно да подобрят степента на интеграция на фотони и се очаква да интегрират фотонни устройства в малък оптичен чип като електронни чипове. Нано-повърхностната плазмоника е нова област на микро-нано фотониката, която основно изучава взаимодействието между светлина и материя в метални наноструктури. Той има характеристиките на малък размер, висока скорост и преодоляване на традиционната граница на дифракция. Наноплазмена вълноводна структура, която има добро локално усилване на полето и характеристики на резонансно филтриране, е в основата на нанофилтър, мултиплексор с разделяне на дължина на вълната, оптичен превключвател, лазер и други микро-нано оптични устройства. Оптичните микрокухини ограничават светлината до малки области и значително подобряват взаимодействието между светлина и материя. Следователно, оптичната микрокухина с висок качествен фактор е важен начин за високочувствително наблюдение и откриване.

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 микросфера, микроколона, микропръстен и други геометрии. Това е вид морфологично зависим оптичен резонатор. Светлинните вълни в микрокухините се отразяват напълно в интерфейса на микрокухините, 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 режима, малък размер и лесна интеграция и т.н. и са били приложени за биохимични сензори с висока чувствителност, лазер с ултра нисък праг и нелинейно действие. Нашата изследователска цел е да намерим и проучим характеристиките на различни структури и различни морфологии на микрокухините и да приложим тези нови характеристики. Основните насоки на изследване включват: изследване на оптични характеристики на WGM микрокухина, изследване на производството на микрокухина, изследване на приложението на микрокухина и др.

Биохимично отчитане на WGM микрокухина

В експеримента WGM режимът M1 от висок ред от четири порядъка (ФИГ. 1(a)) беше използван за сензорно измерване. В сравнение с режима от нисък ред, чувствителността на режима от висок ред беше значително подобрена (ФИГ. 1(b)).

Фигура 1. Резонансен режим (a) на микрокапилярната кухина и съответната му чувствителност на индекса на пречупване (b)

Регулируем оптичен филтър с висока Q стойност

Първо, радиалната бавно променяща се цилиндрична микрокухина се изтегля и след това настройката на дължината на вълната може да бъде постигната чрез механично преместване на позицията на свързване въз основа на принципа на размера на формата от резонансната дължина на вълната (Фигура 2 (a)). Регулируемата производителност и честотната лента на филтриране са показани на фигура 2 (b) и (c). В допълнение, устройството може да реализира оптично отчитане на изместване с точност под нанометър.

Фигура 2. Схематична диаграма на регулируем оптичен филтър (a), регулируема 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 оптимизирането на индекса на пречупване, самата капка е перфектен сферичен резонатор с качествен фактор над 108. Освен това избягва проблема с изпарението в маслото. За относително големи капчици те ще „седят“ на горната или долната странична стена поради разликите в плътността. Този тип капка може да използва само режим на странично възбуждане.