Ano ang micro-nano photonics?

Pangunahing pinag-aaralan ng micro-nano photonics ang batas ng interaksyon sa pagitan ng liwanag at matter sa micro at nano scale at ang aplikasyon nito sa light generation, transmission, regulation, detection at sensing.Ang mga micro-nano photonics sub-wavelength device ay maaaring epektibong mapabuti ang antas ng photon integration, at inaasahang isasama nito ang mga photonic device sa isang maliit na optical chip tulad ng electronic chips.Ang Nano-surface plasmonics ay isang bagong larangan ng micro-nano photonics, na pangunahing pinag-aaralan ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng liwanag at bagay sa mga metal nanostructure.Ito ay may mga katangian ng maliit na sukat, mataas na bilis at pagtagumpayan ang tradisyonal na limitasyon ng diffraction.Ang istraktura ng Nanoplasma-waveguide, na may magandang lokal na field enhancement at resonance filtering na mga katangian, ay ang batayan ng nano-filter, wavelength division multiplexer, optical switch, laser at iba pang micro-nano optical device.Ang mga optical microcavity ay nagkulong sa liwanag sa maliliit na rehiyon at lubos na nagpapahusay sa pakikipag-ugnayan sa pagitan ng liwanag at bagay.Samakatuwid, ang optical microcavity na may mataas na kalidad na kadahilanan ay isang mahalagang paraan ng mataas na sensitivity sensing at detection.

WGM microcavity

Sa mga nagdaang taon, ang optical microcavity ay nakakaakit ng maraming pansin dahil sa mahusay na potensyal na aplikasyon at kahalagahang pang-agham.Ang optical microcavity ay pangunahing binubuo ng microsphere, microcolumn, microring at iba pang geometries.Ito ay isang uri ng morphologic dependent optical resonator.Ang mga light wave sa microcavity ay ganap na makikita sa microcavity interface, 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 halaga ng Q (mas malaki sa 106), mababang mode volume, maliit na sukat at madaling pagsasama, atbp., at inilapat sa high-sensitivity biochemical sensing, ultra-low threshold laser at nonlinear na aksyon.Ang layunin ng aming pananaliksik ay hanapin at pag-aralan ang mga katangian ng iba't ibang istruktura at iba't ibang morpolohiya ng microcavities, at ilapat ang mga bagong katangiang ito.Kabilang sa mga pangunahing direksyon ng pananaliksik ang: pagsasaliksik ng optical na katangian ng microcavity ng WGM, pagsasaliksik ng katha ng microcavity, pagsasaliksik ng aplikasyon ng microcavity, atbp.

WGM microcavity biochemical sensing

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

Figure 1. Resonance mode (a) ng microcapillary cavity at ang kaukulang refractive index sensitivity nito (b)

Nahimig na optical filter na may mataas na Q value

Una, ang radial na dahan-dahang nagbabago ng cylindrical microcavity ay nakuha, at pagkatapos ay ang wavelength tuning ay maaaring makamit sa pamamagitan ng mekanikal na paglipat ng posisyon ng pagkabit batay sa prinsipyo ng laki ng hugis mula noong resonant wavelength (Figure 2 (a)).Ang tunable performance at filtering bandwidth ay ipinapakita sa Figure 2 (b) at (c).Bilang karagdagan, ang aparato ay maaaring magkaroon ng optical displacement sensing na may katumpakan ng sub-nanometer.

Figure 2. Schematic diagram ng tunable optical filter (a), tunable performance (b) at filter bandwidth (c)

WGM microfluidic drop resonator

sa microfluidic chip, lalo na para sa droplet sa langis (droplet in-oil), dahil sa mga katangian ng pag-igting sa ibabaw, para sa diameter ng sampu o kahit na daan-daang microns, ito ay masususpinde sa langis, na bumubuo ng halos perpektong globo.Sa pamamagitan ng pag-optimize ng refractive index, ang droplet mismo ay isang perpektong spherical resonator na may quality factor na higit sa 108. Iniiwasan din nito ang problema ng evaporation sa langis.Para sa medyo malalaking patak, sila ay "umupo" sa itaas o ibabang mga dingding sa gilid dahil sa mga pagkakaiba sa density.Ang ganitong uri ng droplet ay maaari lamang gumamit ng lateral excitation mode.