Η μικρο-νανο φωτονική μελετά κυρίως το νόμο της αλληλεπίδρασης μεταξύ φωτός και ύλης σε μικρο και νανο κλίμακα και την εφαρμογή του στη δημιουργία, μετάδοση, ρύθμιση, ανίχνευση και ανίχνευση φωτός.Οι μικρο-νανο φωτονικές συσκευές υπομήκους κύματος μπορούν να βελτιώσουν αποτελεσματικά τον βαθμό ολοκλήρωσης των φωτονίων και αναμένεται να ενσωματώσουν φωτονικές συσκευές σε ένα μικρό οπτικό τσιπ όπως τα ηλεκτρονικά τσιπ.Η πλασμονική νανο-επιφανειών είναι ένα νέο πεδίο μικρο-νανο φωτονικής, το οποίο μελετά κυρίως την αλληλεπίδραση μεταξύ φωτός και ύλης σε μεταλλικές νανοδομές.Έχει τα χαρακτηριστικά του μικρού μεγέθους, της υψηλής ταχύτητας και της υπέρβασης του παραδοσιακού ορίου περίθλασης.Η δομή νανοπλάσματος-κυματοδηγού, η οποία έχει καλά χαρακτηριστικά βελτίωσης τοπικού πεδίου και φιλτραρίσματος συντονισμού, είναι η βάση του νανοφίλτρου, του πολυπλέκτη διαίρεσης μήκους κύματος, του οπτικού διακόπτη, του λέιζερ και άλλων μικρο-νανοοπτικών συσκευών.Οι οπτικές μικροκοιλότητες περιορίζουν το φως σε μικροσκοπικές περιοχές και ενισχύουν σημαντικά την αλληλεπίδραση μεταξύ φωτός και ύλης.Επομένως, η οπτική μικροκοιλότητα με συντελεστή υψηλής ποιότητας είναι ένας σημαντικός τρόπος ανίχνευσης και ανίχνευσης υψηλής ευαισθησίας.
Μικροκοιλότητα WGM
Τα τελευταία χρόνια, η οπτική μικροκοιλότητα έχει προσελκύσει μεγάλη προσοχή λόγω των μεγάλων δυνατοτήτων εφαρμογής και της επιστημονικής σημασίας της.Η οπτική μικροκοιλότητα αποτελείται κυρίως από μικροσφαιρία, μικροστήλη, μικροδακτύλιο και άλλες γεωμετρίες.Είναι ένα είδος μορφολογικά εξαρτώμενου οπτικού συντονιστή.Τα κύματα φωτός στις μικροκοιλότητες αντανακλώνται πλήρως στη διεπιφάνεια της μικροκοιλότητας, με αποτέλεσμα μια λειτουργία συντονισμού που ονομάζεται λειτουργία γκαλερί ψιθυρίσματος (WGM).Σε σύγκριση με άλλους οπτικούς συντονιστές, οι μικροσυντονιστές έχουν τα χαρακτηριστικά υψηλής τιμής Q (μεγαλύτερη από 106), χαμηλής έντασης λειτουργίας, μικρού μεγέθους και εύκολης ενσωμάτωσης κ.λπ., και έχουν εφαρμοστεί σε βιοχημική ανίχνευση υψηλής ευαισθησίας, λέιζερ εξαιρετικά χαμηλού κατωφλίου και μη γραμμική δράση.Ο ερευνητικός μας στόχος είναι να βρούμε και να μελετήσουμε τα χαρακτηριστικά διαφορετικών δομών και διαφορετικών μορφολογιών μικροκοιλοτήτων και να εφαρμόσουμε αυτά τα νέα χαρακτηριστικά.Οι κύριες ερευνητικές κατευθύνσεις περιλαμβάνουν: έρευνα οπτικών χαρακτηριστικών μικροκοιλότητας WGM, έρευνα κατασκευής μικροκοιλότητας, έρευνα εφαρμογής μικροκοιλότητας κ.λπ.
Βιοχημική ανίχνευση μικροκοιλότητας WGM
Στο πείραμα, χρησιμοποιήθηκε ο τρόπος λειτουργίας WGM τεσσάρων τάξεων υψηλής τάξης M1 (ΣΧΗΜΑ 1(α)) για τη μέτρηση ανίχνευσης.Σε σύγκριση με τη λειτουργία χαμηλής τάξης, η ευαισθησία της λειτουργίας υψηλής τάξης βελτιώθηκε σημαντικά (Εικ. 1(β)).
Εικόνα 1. Τρόπος συντονισμού (α) της μικροτριχοειδούς κοιλότητας και η αντίστοιχη ευαισθησία του δείκτη διάθλασης (β)
Συντονιζόμενο οπτικό φίλτρο με υψηλή τιμή Q
Αρχικά, η ακτινική αργά μεταβαλλόμενη κυλινδρική μικροκοιλότητα τραβιέται προς τα έξω και στη συνέχεια ο συντονισμός μήκους κύματος μπορεί να επιτευχθεί με μηχανική μετακίνηση της θέσης σύζευξης με βάση την αρχή του μεγέθους σχήματος από το μήκος κύματος συντονισμού (Εικόνα 2 (α)).Η ρυθμίσιμη απόδοση και το εύρος ζώνης φιλτραρίσματος φαίνονται στο Σχήμα 2 (β) και (γ).Επιπλέον, η συσκευή μπορεί να πραγματοποιήσει ανίχνευση οπτικής μετατόπισης με ακρίβεια υπονανομέτρων.
Σχήμα 2. Σχηματικό διάγραμμα ρυθμίσιμου οπτικού φίλτρου (α), ρυθμίσιμης απόδοσης (β) και εύρους ζώνης φίλτρου (γ)
Μικρορευστικό αντηχείο πτώσης WGM
στο μικρορευστο τσιπ, ειδικά για το σταγονίδιο στο λάδι (droplet in-oil), λόγω των χαρακτηριστικών της επιφανειακής τάσης, για διάμετρο δεκάδων ή και εκατοντάδων μικρών, θα αιωρηθεί στο λάδι, σχηματίζοντας ένα σχεδόν τέλεια σφαίρα.Μέσω της βελτιστοποίησης του δείκτη διάθλασης, το ίδιο το σταγονίδιο είναι ένας τέλειος σφαιρικός συντονιστής με συντελεστή ποιότητας μεγαλύτερο από 108. Αποφεύγει επίσης το πρόβλημα της εξάτμισης στο λάδι.Για σχετικά μεγάλα σταγονίδια, θα «κάθονται» στα πάνω ή κάτω πλευρικά τοιχώματα λόγω διαφορών πυκνότητας.Αυτός ο τύπος σταγονιδίων μπορεί να χρησιμοποιήσει μόνο τη λειτουργία πλευρικής διέγερσης.
Ώρα δημοσίευσης: Οκτ-23-2023