Ano ang micro-nano photonics?

Pangunahing pinag-aaralan ng micro-nano photonics ang batas ng interaksyon sa pagitan ng liwanag at materya sa micro at nano scale at ang aplikasyon nito sa pagbuo, transmisyon, regulasyon, pagtuklas, at pag-detect ng liwanag. Ang mga micro-nano photonics sub-wavelength device ay maaaring epektibong mapabuti ang antas ng integrasyon ng photon, at inaasahang isasama nito ang mga photonic device sa isang maliit na optical chip tulad ng mga electronic chip. Ang nano-surface plasmonics ay isang bagong larangan ng micro-nano photonics, na pangunahing pinag-aaralan ang interaksyon sa pagitan ng liwanag at materya sa mga metal nanostructure. Mayroon itong mga katangian ng maliit na sukat, mataas na bilis, at nalalampasan ang tradisyonal na limitasyon ng diffraction. Ang istrukturang nanoplasma-waveguide, na may mahusay na local field enhancement at resonance filtering characteristics, ang batayan ng nano-filter, wavelength division multiplexer, optical switch, laser, at iba pang micro-nano optical device. Nililimitahan ng optical microcavities ang liwanag sa maliliit na rehiyon at lubos na pinapahusay ang interaksyon sa pagitan ng liwanag at materya. Samakatuwid, ang optical microcavity na may high quality factor ay isang mahalagang paraan ng high sensitivity sensing at detection.

Mikrokardiya ng WGM

Sa mga nakaraang taon, ang optical microcavity ay nakakuha ng maraming atensyon dahil sa malaking potensyal nito sa aplikasyon at kahalagahang siyentipiko. Ang optical microcavity ay pangunahing binubuo ng microsphere, microcolumn, microring at iba pang mga geometriya. Ito ay isang uri ng morphologic dependent optical resonator. Ang mga light wave sa mga microcavity ay ganap na naaaninag sa interface ng microcavity, na nagreresulta sa isang resonance mode na tinatawag na whispering gallery mode (WGM). Kung ikukumpara sa iba pang optical resonator, ang mga microresonator ay may mga katangian ng mataas na Q value (mas malaki sa 106), mababang mode volume, maliit na sukat at madaling integrasyon, atbp., at inilapat na sa high-sensitivity biochemical sensing, ultra-low threshold laser at nonlinear action. Ang aming layunin sa pananaliksik ay hanapin at pag-aralan ang mga katangian ng iba't ibang istruktura at iba't ibang morpolohiya ng mga microcavity, at ilapat ang mga bagong katangiang ito. Ang mga pangunahing direksyon ng pananaliksik ay kinabibilangan ng: pananaliksik sa optical characteristics ng WGM microcavity, pananaliksik sa paggawa ng microcavity, pananaliksik sa aplikasyon ng microcavity, atbp.

Pagdama ng biokemikal ng microcavity ng WGM

Sa eksperimento, ang four-order high-order WGM mode M1 (FIG. 1(a)) ay ginamit para sa pagsukat ng sensor. Kung ikukumpara sa low-order mode, ang sensitivity ng high-order mode ay lubos na napabuti (FIG. 1(b)).

Pigura 1. Resonance mode (a) ng microcapillary cavity at ang katumbas nitong refractive index sensitivity (b)

Naaayon sa tono na optical filter na may mataas na Q value

Una, ang radial na mabagal na nagbabagong cylindrical microcavity ay hinihila palabas, at pagkatapos ay makakamit ang wavelength tuning sa pamamagitan ng mekanikal na paggalaw ng posisyon ng coupling batay sa prinsipyo ng laki ng hugis dahil sa resonant wavelength (Figure 2 (a)). Ang tunable performance at filtering bandwidth ay ipinapakita sa Figure 2 (b) at (c). Bukod pa rito, kayang isagawa ng device ang optical displacement sensing na may sub-nanometer accuracy.

Pigura 2. Eskematikong diagram ng naaayos na optical filter (a), naaayos na pagganap (b) at bandwidth ng filter (c)

WGM microfluidic drop resonator

Sa microfluidic chip, lalo na para sa droplet sa langis (droplet in-oil), dahil sa mga katangian ng surface tension, para sa diyametro na sampu-sampung o kahit daan-daang microns, ito ay masususpinde sa langis, na bubuo ng halos perpektong sphere. Sa pamamagitan ng pag-optimize ng refractive index, ang droplet mismo ay isang perpektong spherical resonator na may quality factor na higit sa 108. Naiiwasan din nito ang problema ng evaporation sa langis. Para sa medyo malalaking droplet, ang mga ito ay "uupo" sa itaas o ibabang bahagi ng dingding dahil sa mga pagkakaiba sa density. Ang ganitong uri ng droplet ay maaari lamang gumamit ng lateral excitation mode.