Què és la micro-nanofotònica?

La micro-nanofotònica estudia principalment la llei d'interacció entre la llum i la matèria a escala micro i nano i la seva aplicació en la generació, transmissió, regulació, detecció i detecció de llum.Els dispositius de sublongitud d'ona de micro-nanofotònica poden millorar eficaçment el grau d'integració de fotons i s'espera que integrin dispositius fotònics en un xip òptic petit com els xips electrònics.La plasmònica nano-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 de filtratge de ressonància, és la base del nanofiltre, el multiplexor de divisió de longitud d'ona, l'interruptor òptic, el làser i altres dispositius òptics micro-nano.Les microcavitats òptiques confinen la llum a regions minúscules i milloren molt la interacció entre la llum i la matèria.Per tant, la microcavitat òptica amb un factor d'alta qualitat és una forma important de detecció i detecció d'alta sensibilitat.

Microcavitat WGM

En els últims anys, la microcavitat òptica ha cridat molt l'atenció pel seu gran potencial d'aplicació i la seva importància científica.La microcavitat òptica consisteix principalment en microesfera, microcolumna, microanell i altres geometries.És una mena de ressonador òptic morfològicament dependent.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 microressonadors tenen les característiques d'un valor Q alt (superior a 106), volum de mode baix, mida petita i fàcil integració, etc., i s'han aplicat a la detecció bioquímica d'alta sensibilitat, làser de llindar ultra baix i acció no lineal.El nostre objectiu de recerca és trobar i estudiar les característiques de diferents estructures i diferents morfologies de microcavitats, i aplicar aquestes noves característiques.Les principals direccions de recerca inclouen: investigació de característiques òptiques de la microcavitat WGM, recerca de fabricació de microcavitat, investigació d'aplicació de microcavitat, etc.

Detecció bioquímica de la microcavitat WGM

A l'experiment, es va utilitzar el mode WGM d'ordre superior de quatre ordres M1 (FIG. 1 (a)) per mesurar la detecció.En comparació amb el mode d'ordre baix, la sensibilitat del mode d'ordre alt es va millorar molt (FIG. 1 (b)).

Figura 1. Mode de ressonància (a) de la cavitat microcapil·lar i la seva corresponent sensibilitat de l'índex de refracció (b)

Filtre òptic ajustable amb alt valor Q

Primer, s'extreu la microcavitat cilíndrica radial que canvia lentament i, a continuació, es pot aconseguir l'ajust de la longitud d'ona movent mecànicament la posició d'acoblament segons el principi de la mida de la forma des 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 detecció de desplaçament òptic amb una precisió subnanomètrica.

Figura 2. Diagrama esquemàtic del filtre òptic ajustable (a), rendiment ajustable (b) i amplada de banda del filtre (c)

Ressonador de gota microfluídica WGM

en el xip microfluídic, especialment per a la gota a l'oli (gota en oli), a causa de les característiques de la tensió superficial, per al diàmetre de desenes o fins i tot centenars de micres, quedarà suspesa a l'oli, formant una esfera perfecta.Mitjançant l'optimització de l'índex de refracció, la gota en si és un ressonador esfèric perfecte amb un factor de qualitat superior a 108. També evita el problema de l'evaporació de l'oli.Per a les gotes relativament grans, s'"asseu" 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.