Што е микро-нанофотоника?

Микро-нанофотониката главно го проучува законот за интеракција помеѓу светлината и материјата на микро и нано ниво и неговата примена во генерирањето, преносот, регулацијата, детекцијата и сензорирањето на светлината. Микро-нанофотонските уреди со подбранова должина можат ефикасно да го подобрат степенот на интеграција на фотоните и се очекува да интегрираат фотонски уреди во мал оптички чип како електронски чипови. Нано-површинската плазмоника е нова област на микро-нанофотониката, која главно ја проучува интеракцијата помеѓу светлината и материјата во металните наноструктури. Има карактеристики на мала големина, голема брзина и надминување на традиционалната дифракциска граница. Структурата на наноплазма-брановоди, која има добри карактеристики на локално подобрување на полето и резонантно филтрирање, е основа на нанофилтерот, мултиплексерот со поделба на бранова должина, оптичкиот прекинувач, ласерот и другите микро-нано оптички уреди. Оптичките микрошуплини ја ограничуваат светлината на мали региони и значително ја подобруваат интеракцијата помеѓу светлината и материјата. Затоа, оптичката микрошуплина со висок фактор на квалитет е важен начин за сензорирање и детекција со висока чувствителност.

WGM микрошуплини

Во последниве години, оптичката микрошуплина привлече големо внимание поради нејзиниот голем потенцијал за примена и научно значење. Оптичката микрошуплина главно се состои од микросфера, микроколона, микропрстен и други геометрии. Тоа е еден вид морфолошки зависен оптички резонатор. Светлосните бранови во микрошуплини се целосно рефлектирани на интерфејсот на микрошуплината, што резултира со резонантен режим наречен режим на шепотечка галерија (WGM). Во споредба со другите оптички резонатори, микрорезонаторите имаат карактеристики на висока Q вредност (поголема од 106), низок волумен на режимот, мала големина и лесна интеграција итн., и се применуваат за биохемиско сензорирање со висока чувствителност, ултра-низок праг на ласер и нелинеарно дејство. Нашата истражувачка цел е да ги пронајдеме и проучиме карактеристиките на различни структури и различни морфологии на микрошуплини, како и да ги примениме овие нови карактеристики. Главните истражувачки насоки вклучуваат: истражување на оптичките карактеристики на WGM микрошуплината, истражување на производството на микрошуплини, истражување на примената на микрошуплината итн.

WGM биохемиско сензорирање на микрокавитети

Во експериментот, за мерење на сензори беше користен четириредниот WGM режим M1 од висок ред (Сл. 1(а)). Во споредба со режимот од низок ред, чувствителноста на режимот од висок ред беше значително подобрена (Сл. 1(б)).

Слика 1. Резонантен режим (а) на микрокапиларната празнина и нејзината соодветна чувствителност на индексот на прекршување (б)

Прилагодлив оптички филтер со висока Q вредност

Прво, радијалната бавно менувачка цилиндрична микрошуплина се извлекува, а потоа подесувањето на брановата должина може да се постигне со механичко поместување на положбата на спојување врз основа на принципот на големината на обликот од резонантната бранова должина (Слика 2 (а)). Перформансите за подесување и пропусниот опсег на филтрирање се прикажани на Слика 2 (б) и (в). Покрај тоа, уредот може да реализира оптичко поместување со точност под нанометри.

Слика 2. Шематски дијаграм на подеслив оптички филтер (а), подесливи перформанси (б) и пропусен опсег на филтерот (в)

WGM микрофлуиден резонатор за капки

Во микрофлуидниот чип, особено за капката во маслото (капка во масло), поради карактеристиките на површинскиот напон, за дијаметар од десетици или дури стотици микрони, таа ќе биде суспендирана во маслото, формирајќи речиси совршена сфера. Преку оптимизација на индексот на прекршување, самата капка е совршен сферичен резонатор со фактор на квалитет поголем од 108. Исто така, се избегнува проблемот со испарување во маслото. За релативно големи капки, тие ќе „седнат“ на горните или долните странични ѕидови поради разлики во густината. Овој тип капки може да го користи само режимот на странично возбудување.