Mikro-nanofotoniikka tutkii pääasiassa valon ja aineen välistä vuorovaikutusta mikro- ja nanotasolla sekä sen sovelluksia valon tuottamiseen, läpäisyyn, säätelyyn, havaitsemiseen ja sensorointiin. Mikro-nanofotoniikan aallonpituuden laitteet voivat tehokkaasti parantaa fotonien integrointiastetta, ja niiden odotetaan integroivan fotonisia laitteita pieneen optiseen siruun, kuten elektronisiin siruihin. Nanopintaplasmoniikka on uusi mikro-nanofotoniikan ala, joka tutkii pääasiassa valon ja aineen välistä vuorovaikutusta metallin nanorakenteissa. Sille on ominaista pieni koko, suuri nopeus ja perinteisen diffraktiorajan ylittäminen. Nanoplasma-aaltojohdinrakenne, jolla on hyvät paikallisen kentän vahvistus- ja resonanssisuodatusominaisuudet, on nanosuodattimien, aallonpituusjakomultiplekserien, optisten kytkimien, lasereiden ja muiden mikro-nano-optisten laitteiden perusta. Optiset mikroontelot rajoittavat valoa pienille alueille ja parantavat huomattavasti valon ja aineen välistä vuorovaikutusta. Siksi korkealaatuinen optinen mikroontelo on tärkeä tapa herkkään sensorointiin ja havaitsemiseen.
WGM-mikroontelo
Viime vuosina optinen mikroontelo on herättänyt paljon huomiota suuren sovelluspotentiaalinsa ja tieteellisen merkityksensä ansiosta. Optinen mikroontelo koostuu pääasiassa mikropalloista, mikrokolonneista, mikrorenkaista ja muista geometrioista. Se on eräänlainen morfologisesti riippuvainen optinen resonaattori. Mikroonteloiden valoaallot heijastuvat täysin mikroonteloiden rajapinnasta, mikä johtaa kuiskausgalleriamoodiin (WGM). Verrattuna muihin optisiin resonaattoreihin, mikroresonaattoreilla on korkea Q-arvo (yli 106), pieni mooditilavuus, pieni koko ja helppo integrointi jne., ja niitä on sovellettu herkkään biokemialliseen tunnistukseen, erittäin matalan kynnyksen laseriin ja epälineaariseen toimintaan. Tutkimuksemme tavoitteena on löytää ja tutkia mikroonteloiden eri rakenteiden ja morfologioiden ominaisuuksia ja soveltaa näitä uusia ominaisuuksia. Pääasiallisia tutkimussuuntia ovat: WGM-mikroonteloiden optisten ominaisuuksien tutkimus, mikroonteloiden valmistustutkimus, mikroonteloiden sovellustutkimus jne.
WGM-mikroonteloiden biokemiallinen tunnistus
Kokeessa käytettiin mittausten tekemiseen neljän kertaluvun korkeamman kertaluvun WGM-moodia M1 (kuva 1(a)). Verrattuna alemman kertaluvun moodiin, korkeamman kertaluvun moodin herkkyys parani huomattavasti (kuva 1(b)).
Kuva 1. Mikrokapillaarin ontelon resonanssimoodi (a) ja sitä vastaava taitekertoimen herkkyys (b)
Viritettävä optinen suodatin, jolla on korkea Q-arvo
Ensin radiaalisesti hitaasti muuttuva lieriömäinen mikroontelo vedetään ulos, ja sitten aallonpituuden viritys voidaan saavuttaa siirtämällä kytkentäkohtaa mekaanisesti muodon ja koon periaatteen mukaisesti resonanssiaallonpituudesta lähtien (kuva 2 (a)). Viritettävä suorituskyky ja suodatuskaistanleveys on esitetty kuvissa 2 (b) ja (c). Lisäksi laite voi toteuttaa optisen siirtymän mittauksen alle nanometrin tarkkuudella.
Kuva 2. Kaaviokuva viritettävästä optisesta suodattimesta (a), viritettävästä suorituskyvystä (b) ja suodattimen kaistanleveydestä (c)
WGM-mikrofluidinen pisararesonaattori
Mikrofluidistisessa sirussa, erityisesti öljyssä olevien pisaroiden (öljypisarat) tapauksessa, pintajännityksen ominaisuuksien vuoksi kymmenien tai jopa satojen mikronien halkaisijaltaan olevat pisarat leijuvat öljyssä muodostaen lähes täydellisen pallon. Taitekertoimen optimoinnin ansiosta pisara itsessään on täydellinen pallomainen resonaattori, jonka laatukerroin on yli 108. Se myös estää öljyn haihtumisen. Suhteellisen suuret pisarat "jäävät" ylä- tai alaseinämille tiheyserojen vuoksi. Tämän tyyppiset pisarat voivat käyttää vain lateraalista viritystilaa.
Julkaisun aika: 23.10.2023