Mikro-nano fotonika preučuje predvsem zakon interakcije med svetlobo in snovjo na mikro in nano ravni ter njeno uporabo pri ustvarjanju, prenosu, regulaciji, detekciji in zaznavanju svetlobe. Mikro-nano fotonske naprave s subvalovno dolžino lahko učinkovito izboljšajo stopnjo integracije fotonov in pričakuje se, da bodo fotonske naprave integrirale v majhen optični čip, kot so elektronski čipi. Nano-površinska plazmonika je novo področje mikro-nano fotonike, ki preučuje predvsem interakcijo med svetlobo in snovjo v kovinskih nanostrukturah. Ima značilnosti majhnosti, visoke hitrosti in premagovanja tradicionalne difrakcijske meje. Struktura nanoplazemskega valovoda, ki ima dobre lastnosti lokalnega ojačanja polja in resonančnega filtriranja, je osnova nanofiltrov, multiplekserjev z delitevjo valovnih dolžin, optičnih stikal, laserjev in drugih mikro-nano optičnih naprav. Optične mikro votline omejujejo svetlobo na drobna območja in močno izboljšajo interakcijo med svetlobo in snovjo. Zato je optična mikro votlina z visokim faktorjem kakovosti pomemben način visoko občutljivega zaznavanja in detekcije.
Mikrovotlina WGM
V zadnjih letih je optična mikrovotlina pritegnila veliko pozornosti zaradi svojega velikega uporabnega potenciala in znanstvenega pomena. Optična mikrovotlina je sestavljena predvsem iz mikrokroglic, mikrostebrov, mikroobročev in drugih geometrij. Je neke vrste morfološko odvisen optični resonator. Svetlobni valovi v mikrovotlinah se v celoti odbijajo na vmesniku mikrovotline, kar povzroči resonančni način, imenovan šepetajoča galerija (WGM). V primerjavi z drugimi optičnimi resonatorji imajo mikroresonatorji značilnosti visoke vrednosti Q (večje od 106), nizkega volumna moda, majhne velikosti in enostavne integracije itd. ter se uporabljajo za visoko občutljivo biokemijsko zaznavanje, lasersko delovanje z ultra nizkim pragom in nelinearno delovanje. Naš raziskovalni cilj je najti in preučiti značilnosti različnih struktur in različnih morfologij mikrovotlin ter uporabiti te nove značilnosti. Glavne raziskovalne smeri vključujejo: raziskave optičnih značilnosti mikrovotline WGM, raziskave izdelave mikrovotline, raziskave uporabe mikrovotline itd.
Biokemijsko zaznavanje mikrovotline WGM
V poskusu je bil za merjenje zaznavanja uporabljen štiristopenjski visokofrekvenčni način polmasovnega cikla M1 (slika 1(a)). V primerjavi z nizkofrekvenčnim načinom je bila občutljivost visokofrekvenčnega načina močno izboljšana (slika 1(b)).
Slika 1. Resonančni način (a) mikrokapilarne votline in ustrezna občutljivost lomnega količnika (b)
Nastavljiv optični filter z visoko vrednostjo Q
Najprej se izvleče radialna, počasi spreminjajoča se valjasta mikrovotlina, nato pa se lahko valovna dolžina uglasi z mehanskim premikanjem položaja sklopke na podlagi načela velikosti oblike od resonančne valovne dolžine (slika 2 (a)). Nastavljiva zmogljivost in pasovna širina filtriranja sta prikazani na sliki 2 (b) in (c). Poleg tega lahko naprava realizira optično zaznavanje premika s subnanometrsko natančnostjo.
Slika 2. Shematski diagram nastavljivega optičnega filtra (a), nastavljive zmogljivosti (b) in pasovne širine filtra (c)
Mikrofluidni kapljicni resonator WGM
V mikrofluidnem čipu, zlasti pri kapljicah v olju (kapljica v olju), bo zaradi značilnosti površinske napetosti, pri premeru več deset ali celo sto mikronov, kapljica suspendirana v olju in tvori skoraj popolno kroglo. Z optimizacijo lomnega količnika je kapljica sama po sebi popoln sferični resonator s faktorjem kakovosti več kot 108. Prav tako se izognemo težavi izhlapevanja v olju. Relativno velike kapljice se bodo zaradi razlik v gostoti "usedle" na zgornje ali spodnje stranske stene. Ta vrsta kapljic lahko uporablja le lateralni način vzbujanja.
Čas objave: 23. oktober 2023