La micro-nanofotònica estudia principalment la llei d'interacció entre la llum i la matèria a micro i nanoescala i la seva aplicació en la generació, transmissió, regulació, detecció i sensorització de llum. Els dispositius de micro-nanofotònica de longitud d'ona inferior a la mitjana poden millorar eficaçment el grau d'integració de fotons, i s'espera que integrin dispositius fotònics en un petit xip òptic com els xips electrònics. La nanoplasmònica de superfície és un nou camp de la micro-nanofotònica, que estudia principalment la interacció entre la llum i la matèria en nanoestructures metàl·liques. Té les característiques de mida petita, alta velocitat i superació del límit de difracció tradicional. L'estructura de guia d'ones de nanoplasma, que té bones característiques de millora del camp local i filtratge de ressonància, és la base del nanofiltre, el multiplexor de divisió de longitud d'ona, el commutador òptic, el làser i altres dispositius micro-nano òptics. Les microcavitats òptiques confinen la llum a regions petites i milloren considerablement la interacció entre la llum i la matèria. Per tant, la microcavitat òptica amb un factor de qualitat alt és una forma important de detecció i sensorització d'alta sensibilitat.
microcavitat WGM
En els darrers anys, la microcavitat òptica ha atret molta atenció a causa del seu gran potencial d'aplicació i la seva importància científica. La microcavitat òptica consisteix principalment en microesferes, microcolumnes, microanells i altres geometries. És un tipus de ressonador òptic dependent de la morfologia. Les ones de llum a les microcavitats es reflecteixen completament a la interfície de la microcavitat, donant lloc a un mode de ressonància anomenat mode de galeria xiuxiuejant (WGM). En comparació amb altres ressonadors òptics, els microresonadors tenen les característiques d'un valor Q elevat (superior a 106), un volum de mode baix, una mida petita i una fàcil integració, etc., i s'han aplicat a la detecció bioquímica d'alta sensibilitat, al làser de llindar ultrabaix i a l'acció no lineal. El nostre objectiu de recerca és trobar i estudiar les característiques de les diferents estructures i morfologies de les microcavitats, i aplicar aquestes noves característiques. Les principals direccions de recerca inclouen: recerca de les característiques òptiques de la microcavitat WGM, recerca de la fabricació de microcavitats, recerca d'aplicacions de microcavitats, etc.
Detecció bioquímica de microcavitats WGM
En l'experiment, es va utilitzar el mode WGM d'ordre superior de quatre ordres M1 (FIG. 1(a)) per a la mesura de detecció. En comparació amb el mode d'ordre inferior, la sensibilitat del mode d'ordre superior va millorar considerablement (FIG. 1(b)).
Figura 1. Mode de ressonància (a) de la cavitat microcapil·lar i la seva corresponent sensibilitat d'índex de refracció (b)
Filtre òptic ajustable amb un alt valor Q
Primer, s'extreu la microcavitat cilíndrica de canvi radial lent i, a continuació, l'afinació de la longitud d'ona es pot aconseguir movent mecànicament la posició d'acoblament basant-se en el principi de la mida de la forma a partir de la longitud d'ona ressonant (Figura 2 (a)). El rendiment ajustable i l'amplada de banda de filtratge es mostren a la Figura 2 (b) i (c). A més, el dispositiu pot realitzar una detecció de desplaçament òptic amb una precisió subnanomètrica.
Figura 2. Diagrama esquemàtic del filtre òptic sintonitzable (a), rendiment sintonitzable (b) i amplada de banda del filtre (c)
Resonador de gota microfluídica WGM
En el xip microfluídic, especialment per a la gota dins l'oli (gota en oli), a causa de les característiques de la tensió superficial, per a un diàmetre de desenes o fins i tot centenars de micres, quedarà suspesa a l'oli, formant una esfera gairebé perfecta. Mitjançant l'optimització de l'índex de refracció, la gota en si mateixa és un ressonador esfèric perfecte amb un factor de qualitat superior a 108. També s'evita el problema de l'evaporació a l'oli. Per a gotes relativament grans, aquestes s'asseuran a les parets laterals superiors o inferiors a causa de les diferències de densitat. Aquest tipus de gota només pot utilitzar el mode d'excitació lateral.
Data de publicació: 23 d'octubre de 2023