Мікронанофотоніка в основному вивчає закони взаємодії між світлом і речовиною на мікро- та нанорівні та їх застосування в генерації, передачі, регулюванні, виявленні та сенсорі світла. Мікронанофотонні пристрої субхвильового діапазону можуть ефективно покращити ступінь інтеграції фотонів, і очікується, що вони інтегруватимуть фотонні пристрої в невеликий оптичний чіп, такий як електронні чіпи. Наноповерхнева плазмоніка - це нова галузь мікронанофотоніки, яка в основному вивчає взаємодію між світлом і речовиною в металевих наноструктурах. Вона має характеристики малого розміру, високої швидкості та подолання традиційної дифракційної межі. Наноплазмова хвилеводна структура, яка має хороші характеристики посилення локального поля та резонансної фільтрації, є основою нанофільтрів, мультиплексорів з поділом довжин хвиль, оптичних перемикачів, лазерів та інших мікронанооптичних пристроїв. Оптичні мікропорожнини обмежують світло крихітними областями та значно посилюють взаємодію між світлом і речовиною. Тому оптична мікропорожнина з високим коефіцієнтом якості є важливим способом високочутливого зондування та детектування.
Мікрорезонатор WGM
В останні роки оптичні мікрорезонатори привернули значну увагу завдяки своєму великому прикладному потенціалу та науковому значенню. Оптичні мікрорезонатори в основному складаються з мікросфер, мікроколон, мікрокілець та інших геометрій. Це різновид морфологічно залежного оптичного резонатора. Світлові хвилі в мікрорезонаторах повністю відбиваються на межі розділу мікрорезонаторів, що призводить до резонансного режиму, який називається режимом шепочучої галереї (WGM). Порівняно з іншими оптичними резонаторами, мікрорезонатори мають такі характеристики, як високе значення Q (більше 106), низький об'єм моди, малий розмір та легка інтеграція тощо, і були застосовані для високочутливого біохімічного зондування, лазерного випромінювання з наднизьким порогом та нелінійної дії. Метою нашого дослідження є пошук та вивчення характеристик різних структур та різних морфологій мікрорезонаторів, а також застосування цих нових характеристик. Основні напрямки досліджень включають: дослідження оптичних характеристик мікрорезонаторів WGM, дослідження виготовлення мікрорезонаторів, прикладні дослідження мікрорезонаторів тощо.
Біохімічне зондування мікропорожнин WGM
В експерименті для вимірювання сенсорних даних використовувався чотирипорядковий високопорядковий режим WGM M1 (рис. 1(a)). Порівняно з низькопорядковим режимом, чутливість високопорядкового режиму значно покращилася (рис. 1(b)).
Рисунок 1. Резонансний режим (а) мікрокапілярної порожнини та відповідна йому чутливість показника заломлення (b)
Настроюваний оптичний фільтр з високим значенням Q
Спочатку витягується радіальна повільно змінювана циліндрична мікропорожнина, а потім налаштування довжини хвилі може бути досягнуто шляхом механічного переміщення положення з'єднання на основі принципу залежності розміру форми від резонансної довжини хвилі (Рис. 2 (a)). Налаштовувані характеристики та смуга пропускання фільтрації показані на Рис. 2 (b) та (c). Крім того, пристрій може реалізувати оптичне зондування зміщення з точністю до субнанометра.
Рисунок 2. Принципова схема настроюваного оптичного фільтра (a), настроюваної продуктивності (b) та смуги пропускання фільтра (c)
Мікрофлюїдний крапельний резонатор WGM
У мікрофлюїдному чіпі, особливо для крапель в олії (крапля в олії), завдяки характеристикам поверхневого натягу, для діаметра десятків або навіть сотень мікрон, вона буде зависати в олії, утворюючи майже ідеальну сферу. Завдяки оптимізації показника заломлення, сама крапля є ідеальним сферичним резонатором з коефіцієнтом якості понад 108. Це також дозволяє уникнути проблеми випаровування в олії. Відносно великі краплі будуть «сидіти» на верхній або нижній бічних стінках через різницю в щільності. Цей тип крапель може використовувати лише режим латерального збудження.
Час публікації: 23 жовтня 2023 р.