Mikronanofotonik studerar huvudsakligen lagen om växelverkan mellan ljus och materia på mikro- och nanoskala och dess tillämpning inom ljusgenerering, transmission, reglering, detektion och avkänning. Mikronanofotoniska subvåglängdsenheter kan effektivt förbättra graden av fotonintegration, och det förväntas integrera fotoniska enheter i ett litet optiskt chip som elektroniska chips. Nano-ytplasmonik är ett nytt område inom mikronanofotonik, som huvudsakligen studerar växelverkan mellan ljus och materia i metallnanostrukturer. Den har egenskaper som liten storlek, hög hastighet och att den övervinner den traditionella diffraktionsgränsen. Nanoplasmavågledarstrukturen, som har goda lokala fältförstärknings- och resonansfiltreringsegenskaper, är grunden för nanofilter, våglängdsmultiplexorer, optiska omkopplare, laser och andra mikronanooptiska enheter. Optiska mikrokaviteter begränsar ljus till små regioner och förbättrar avsevärt växelverkan mellan ljus och materia. Därför är den optiska mikrokaviteten med hög kvalitetsfaktor ett viktigt sätt att avkänna och detektera med hög känslighet.
WGM-mikrokavitet
Under senare år har optisk mikrokavitet fått mycket uppmärksamhet på grund av dess stora tillämpningspotential och vetenskapliga betydelse. Den optiska mikrokaviteten består huvudsakligen av mikrosfärer, mikrokolonner, mikroringar och andra geometrier. Det är en typ av morfologiskt beroende optisk resonator. Ljusvågor i mikrokaviteter reflekteras helt vid mikrokavitetens gränssnitt, vilket resulterar i ett resonansläge som kallas viskande galleriläge (WGM). Jämfört med andra optiska resonatorer har mikroresonatorer egenskaper som högt Q-värde (större än 106), låg modvolym, liten storlek och enkel integration, etc., och har tillämpats för högkänslig biokemisk avkänning, ultralågtröskellaser och ickelinjär verkan. Vårt forskningsmål är att hitta och studera egenskaperna hos olika strukturer och olika morfologier hos mikrokaviteter, och att tillämpa dessa nya egenskaper. De huvudsakliga forskningsinriktningarna inkluderar: optisk egenskapsforskning av WGM-mikrokaviteter, tillverkningsforskning av mikrokaviteter, tillämpningsforskning av mikrokaviteter, etc.
WGM mikrokavitets biokemisk avkänning
I experimentet användes det fyra ordningens högre WGM-läge M1 (FIG. 1(a)) för avkänningsmätning. Jämfört med lägre ordningens läge förbättrades känsligheten för högre ordningens läge avsevärt (FIG. 1(b)).
Figur 1. Resonansläge (a) för mikrokapillärhålan och dess motsvarande brytningsindexkänslighet (b)
Avstämbart optiskt filter med högt Q-värde
Först dras den radiellt långsamt föränderliga cylindriska mikrokaviteten ut, och sedan kan våglängdsinställningen uppnås genom att mekaniskt flytta kopplingspositionen baserat på principen om formstorlek i förhållande till resonansvåglängden (Figur 2 (a)). Den inställbara prestandan och filtreringsbandbredden visas i Figur 2 (b) och (c). Dessutom kan anordningen realisera optisk förskjutningsavkänning med subnanometernoggrannhet.
Figur 2. Schematiskt diagram över avstämbart optiskt filter (a), avstämbar prestanda (b) och filterbandbredd (c)
WGM mikrofluidisk droppresonator
I mikrofluidikchipet, särskilt för droppen i oljan (droppe i olja), på grund av ytspänningens egenskaper, kommer den för diametern tiotals eller till och med hundratals mikrometer att sväva i oljan och bilda en nästan perfekt sfär. Genom optimering av brytningsindex är själva droppen en perfekt sfärisk resonator med en kvalitetsfaktor på mer än 108. Det undviker också problemet med avdunstning i oljan. För relativt stora droppar kommer de att "sitta" på de övre eller nedre sidoväggarna på grund av densitetsskillnader. Denna typ av dropp kan endast använda det laterala excitationsläget.
Publiceringstid: 23 oktober 2023