Mikro-nanofotonikk studerer hovedsakelig loven om samspill mellom lys og materie på mikro- og nanoskala og dens anvendelse i lysgenerering, transmisjon, regulering, deteksjon og sensing. Mikro-nanofotoniske subbølgelengdeenheter kan effektivt forbedre graden av fotonintegrasjon, og det forventes å integrere fotoniske enheter i en liten optisk brikke som elektroniske brikker. Nanooverflateplasmonikk er et nytt felt innen mikro-nanofotonikk, som hovedsakelig studerer samspillet mellom lys og materie i metallnanostrukturer. Den har egenskapene liten størrelse, høy hastighet og overvinnelse av den tradisjonelle diffraksjonsgrensen. Nanoplasma-bølgelederstrukturen, som har god lokal feltforsterkning og resonansfiltreringsegenskaper, er grunnlaget for nanofiltre, bølgelengdedelingsmultipleksere, optiske brytere, lasere og andre mikro-nanooptiske enheter. Optiske mikrokaviteter begrenser lys til små områder og forbedrer samspillet mellom lys og materie betraktelig. Derfor er det optiske mikrokaviteten med høy kvalitetsfaktor en viktig måte å registrere og detektere med høy følsomhet.
WGM-mikrohulrom
I de senere årene har optisk mikrokavitet fått mye oppmerksomhet på grunn av sitt store anvendelsespotensial og vitenskapelige betydning. Det optiske mikrokavitet består hovedsakelig av mikrosfærer, mikrokolonner, mikroringer og andre geometrier. Det er en slags morfologisk avhengig optisk resonator. Lysbølger i mikrokaviteter reflekteres fullt ut ved mikrokavitetsgrensesnittet, noe som resulterer i en resonansmodus kalt hviskende gallerimodus (WGM). Sammenlignet med andre optiske resonatorer har mikroresonatorer egenskaper som høy Q-verdi (større enn 106), lavt modusvolum, liten størrelse og enkel integrering, etc., og har blitt brukt til høyfølsom biokjemisk sensing, ultra-lav terskel laser og ikke-lineær handling. Vårt forskningsmål er å finne og studere egenskapene til forskjellige strukturer og forskjellige morfologier i mikrokaviteter, og å anvende disse nye egenskapene. De viktigste forskningsretningene inkluderer: forskning på optiske egenskaper ved WGM-mikrokavitet, fabrikasjonsforskning av mikrokavitet, anvendelsesforskning av mikrokavitet, etc.
WGM mikrokavitet biokjemisk sensing
I eksperimentet ble den fireordens høyordens WGM-modusen M1 (FIG. 1(a)) brukt til sensormåling. Sammenlignet med lavordensmodusen ble følsomheten til høyordensmodusen betraktelig forbedret (FIG. 1(b)).
Figur 1. Resonansmodus (a) for mikrokapillærhulrommet og dens tilhørende brytningsindeksfølsomhet (b)
Avstemmbart optisk filter med høy Q-verdi
Først trekkes det radielle, sakte skiftende sylindriske mikrohulrommet ut, og deretter kan bølgelengdejusteringen oppnås ved å mekanisk flytte koblingsposisjonen basert på prinsippet om formstørrelse siden resonansbølgelengden (figur 2 (a)). Den justerbare ytelsen og filtreringsbåndbredden er vist i figur 2 (b) og (c). I tillegg kan enheten realisere optisk forskyvningsregistrering med subnanometernøyaktighet.
Figur 2. Skjematisk diagram av justerbart optisk filter (a), justerbar ytelse (b) og filterbåndbredde (c)
WGM mikrofluidisk dråperesonator
I mikrofluidbrikken, spesielt for dråpen i oljen (dråpe i olje), vil den på grunn av overflatespenningen suspenderes i oljen for en diameter på titalls eller til og med hundrevis av mikron og danne en nesten perfekt kule. Gjennom optimalisering av brytningsindeksen er selve dråpen en perfekt sfærisk resonator med en kvalitetsfaktor på mer enn 108. Det unngår også problemet med fordampning i oljen. Relativt store dråper vil "sitte" på de øvre eller nedre sideveggene på grunn av tetthetsforskjeller. Denne typen dråpe kan bare bruke lateral eksitasjonsmodus.
Publisert: 23. oktober 2023