Apakah fotonik mikro-nano?

Fotonik mikro-nano terutamanya mengkaji undang-undang interaksi antara cahaya dan jirim pada skala mikro dan nano dan aplikasinya dalam penjanaan cahaya, penghantaran, pengawalan, pengesanan dan penderiaan.Peranti sub-panjang gelombang mikro-nano fotonik boleh meningkatkan tahap penyepaduan foton dengan berkesan, dan ia dijangka menyepadukan peranti fotonik ke dalam cip optik kecil seperti cip elektronik.Plasmonik permukaan nano ialah bidang baru fotonik mikro-nano, yang terutamanya mengkaji interaksi antara cahaya dan jirim dalam struktur nano logam.Ia mempunyai ciri-ciri saiz kecil, kelajuan tinggi dan mengatasi had pembelauan tradisional.Struktur pandu gelombang nanoplasma, yang mempunyai peningkatan medan tempatan yang baik dan ciri penapisan resonans, adalah asas penapis nano, pemultipleks pembahagian panjang gelombang, suis optik, laser dan peranti optik mikro-nano yang lain.Mikrokaviti optik mengehadkan cahaya ke kawasan kecil dan sangat meningkatkan interaksi antara cahaya dan jirim.Oleh itu, rongga mikro optik dengan faktor kualiti tinggi adalah cara penting untuk penderiaan dan pengesanan sensitiviti tinggi.

rongga mikro WGM

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, rongga mikro optik telah menarik banyak perhatian kerana potensi aplikasinya yang hebat dan kepentingan saintifiknya.Mikrorongga optik terutamanya terdiri daripada mikrosfera, lajur mikro, cincin mikro dan geometri lain.Ia adalah sejenis resonator optik bergantung kepada morfologi.Gelombang cahaya dalam rongga mikro dipantulkan sepenuhnya pada antara muka rongga mikro, menghasilkan mod resonans yang dipanggil mod galeri berbisik (WGM).Berbanding dengan resonator optik lain, mikroresonator mempunyai ciri-ciri nilai Q tinggi (lebih daripada 106), volum mod rendah, saiz kecil dan penyepaduan mudah, dan lain-lain, dan telah digunakan untuk penderiaan biokimia sensitiviti tinggi, laser ambang ultra rendah dan tindakan tak linear.Matlamat penyelidikan kami adalah untuk mencari dan mengkaji ciri-ciri struktur yang berbeza dan morfologi mikrokaviti yang berbeza, dan untuk menggunakan ciri-ciri baharu ini.Arah penyelidikan utama termasuk: penyelidikan ciri optik rongga mikro WGM, penyelidikan rongga mikro fabrikasi, penyelidikan aplikasi rongga mikro, dsb.

Penderiaan biokimia rongga mikro WGM

Dalam eksperimen, mod WGM tertib tinggi empat tertib M1(Rajah 1(a)) telah digunakan untuk penderiaan pengukuran.Berbanding dengan mod tertib rendah, sensitiviti mod tertib tinggi telah dipertingkatkan dengan sangat baik (GAMBAR 1(b)).

Rajah 1. Mod resonans (a) rongga mikrokapilari dan kepekaan indeks biasan yang sepadan (b)

Penapis optik boleh tala dengan nilai Q tinggi

Mula-mula, rongga mikro silinder yang berubah-ubah perlahan-lahan ditarik keluar, dan kemudian penalaan panjang gelombang boleh dicapai dengan menggerakkan kedudukan gandingan secara mekanikal berdasarkan prinsip saiz bentuk sejak panjang gelombang resonans (Rajah 2 (a)).Prestasi boleh tala dan lebar jalur penapisan ditunjukkan dalam Rajah 2 (b) dan (c).Di samping itu, peranti boleh merealisasikan penderiaan anjakan optik dengan ketepatan sub-nanometer.

Rajah 2. Gambarajah skematik penapis optik boleh tala (a), prestasi boleh tala (b) dan lebar jalur penapis (c)

Resonator titisan mikrobendalir WGM

dalam cip mikrobendalir, terutamanya untuk titisan dalam minyak (titisan dalam minyak), kerana ciri-ciri ketegangan permukaan, untuk diameter puluhan atau bahkan ratusan mikron, ia akan terampai dalam minyak, membentuk hampir sfera yang sempurna.Melalui pengoptimuman indeks biasan, titisan itu sendiri adalah resonator sfera yang sempurna dengan faktor kualiti lebih daripada 108. Ia juga mengelakkan masalah penyejatan dalam minyak.Untuk titisan yang agak besar, mereka akan "duduk" di dinding sisi atas atau bawah kerana perbezaan ketumpatan.Titisan jenis ini hanya boleh menggunakan mod pengujaan sisi.