Mikro-nano fotonika v glavnem proučuje 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 podvalovno dolžino lahko učinkovito izboljšajo stopnjo integracije fotonov in pričakuje se, da bodo fotonske naprave integrirale v majhen optični čip, kot so elektronski čipi. Nanopovršinska plazmonika je novo področje mikro-nano fotonike, ki preučuje predvsem interakcijo med svetlobo in snovjo v kovinskih nanostrukturah. Ima značilnosti majhne velikosti, visoke hitrosti in premagovanja tradicionalne meje uklona. Struktura nanoplazemskega valovoda, ki ima dobro izboljšanje lokalnega polja in značilnosti resonančnega filtriranja, je osnova nano-filtra, multiplekserja z delitvijo valovnih dolžin, optičnega stikala, laserja in drugih mikro-nano optičnih naprav. Optične mikrovotle omejujejo svetlobo na majhne predele in močno povečajo interakcijo med svetlobo in snovjo. Zato je optična mikrovotlina z visokim faktorjem kakovosti pomemben način visoko občutljivega zaznavanja in detekcije.
WGM mikrovotlina
V zadnjih letih je optična mikrovotlina pritegnila veliko pozornosti zaradi velikega potenciala uporabe in znanstvenega pomena. Optična mikrovotlina je v glavnem sestavljena iz mikrosfere, mikrokolone, mikroobroča in drugih geometrij. Je nekakšen morfološko odvisen optični resonator. Svetlobni valovi v mikrovotlinah se v celoti odbijajo na vmesniku mikrovotlin, kar ima za posledico resonančni način, imenovan način šepetajoče galerije (WGM). V primerjavi z drugimi optičnimi resonatorji imajo mikroresonatorji značilnosti visoke vrednosti Q (več kot 106), majhne glasnosti, majhne velikosti in enostavne integracije itd., in so bili uporabljeni za visoko občutljivo biokemično zaznavanje, laser z ultra nizkim pragom in nelinearno delovanje. Naš raziskovalni cilj je najti in preučiti značilnosti različnih struktur in različnih morfologij mikrokavitet ter uporabiti te nove značilnosti. Glavne raziskovalne smeri vključujejo: raziskave optičnih karakteristik WGM mikrovotlin, raziskave izdelave mikrovotlin, aplikativne raziskave mikrovotlin itd.
Biokemijsko zaznavanje mikrovotline WGM
V poskusu je bil za merjenje zaznavanja uporabljen štiristopenjski način WGM visokega reda M1 (slika 1(a)). V primerjavi z načinom nizkega reda je bila občutljivost načina visokega reda močno izboljšana (slika 1(b)).
Slika 1. Resonančni način (a) mikrokapilarne votline in njena ustrezna občutljivost lomnega količnika (b)
Nastavljiv optični filter z visoko vrednostjo Q
Najprej se izvleče radialna počasi spreminjajoča se cilindrična mikrovotlina, nato pa je mogoče uravnavanje valovne dolžine doseči 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 podnanometrsko natančnostjo.
Slika 2. Shematski diagram nastavljivega optičnega filtra (a), nastavljive zmogljivosti (b) in pasovne širine filtra (c)
WGM mikrofluidni kapljični resonator
v mikrofluidnem čipu, zlasti za kapljico v olju (kapljica v olju), bo zaradi značilnosti površinske napetosti za premer desetine ali celo stotine mikronov suspendirana v olju in tvori skoraj popolna krogla. Z optimizacijo lomnega količnika je sama kapljica popoln sferični resonator s faktorjem kakovosti več kot 108. Prav tako se izogne problemu izhlapevanja v olju. Pri razmeroma velikih kapljicah bodo zaradi razlik v gostoti "sedele" na zgornji ali spodnji stranski steni. Ta vrsta kapljice lahko uporablja samo način bočnega vzbujanja.
Čas objave: 23. oktober 2023