Mikro-nano-fotonik studerer hovedsageligt loven om interaktion mellem lys og stof på mikro- og nanoskala og dens anvendelse i lysgenerering, transmission, regulering, detektion og sansning. Mikro-nano fotoniske enheder med underbølgelængde kan effektivt forbedre graden af fotonintegration, og det forventes at integrere fotoniske enheder i en lille optisk chip som elektroniske chips. Nano-overflade plasmonik er et nyt felt inden for mikro-nano fotonik, som hovedsageligt studerer interaktionen mellem lys og stof i metal nanostrukturer. Det har egenskaberne af lille størrelse, høj hastighed og overvinde den traditionelle diffraktionsgrænse. Nanoplasma-bølgelederstruktur, som har gode lokale feltforbedring og resonansfiltreringsegenskaber, er grundlaget for nanofilter, bølgelængdedelingsmultiplekser, optisk switch, laser og andre mikro-nano optiske enheder. Optiske mikrokaviteter begrænser lys til små områder og forbedrer i høj grad samspillet mellem lys og stof. Derfor er det optiske mikrohulrum med høj kvalitetsfaktor en vigtig måde til højfølsom sensing og detektion.
WGM mikrokavitet
I de senere år har optisk mikrokavitet tiltrukket sig stor opmærksomhed på grund af dets store anvendelsespotentiale og videnskabelige betydning. Det optiske mikrohulrum består hovedsageligt af mikrosfære, mikrosøjle, mikroring og andre geometrier. Det er en slags morfologisk afhængig optisk resonator. Lysbølger i mikrokaviteter reflekteres fuldt ud ved mikrokavitetsgrænsefladen, hvilket resulterer i en resonanstilstand kaldet whispering gallery mode (WGM). Sammenlignet med andre optiske resonatorer har mikroresonatorer karakteristika for høj Q-værdi (større end 106), lav tilstandsvolumen, lille størrelse og nem integration osv., og er blevet anvendt til højfølsom biokemisk sensing, laser med ultralav tærskel og ikke-lineær handling. Vores forskningsmål er at finde og studere karakteristika for forskellige strukturer og forskellige morfologier af mikrohulrum og at anvende disse nye karakteristika. De vigtigste forskningsretninger omfatter: forskning i optiske karakteristika af WGM-mikrohulrum, fremstillingsforskning af mikrohulrum, anvendelsesforskning af mikrohulrum osv.
WGM biokemisk sensing i mikrohulrum
I eksperimentet blev den fire-ordens højordens WGM-mode M1 (FIG. 1(a)) brugt til at måle måling. Sammenlignet med lavordenstilstanden var følsomheden af højordenstilstanden væsentligt forbedret (fig. 1(b)).
Figur 1. Resonanstilstand (a) af det mikrokapillære hulrum og dets tilsvarende brydningsindeksfølsomhed (b)
Afstembart optisk filter med høj Q-værdi
Først trækkes det radiale langsomt skiftende cylindriske mikrohulrum ud, og derefter kan bølgelængdejusteringen opnås ved mekanisk at flytte koblingspositionen baseret på princippet om formstørrelse siden resonansbølgelængden (figur 2 (a)). Den afstembare ydeevne og filtreringsbåndbredden er vist i figur 2 (b) og (c). Derudover kan enheden realisere optisk forskydningsføling med sub-nanometer nøjagtighed.
Figur 2. Skematisk diagram over indstilleligt optisk filter (a), afstembart ydeevne (b) og filterbåndbredde (c)
WGM mikrofluidisk dråberesonator
i mikrofluidchippen, især for dråben i olien (dråbe i olie), på grund af overfladespændingens karakteristika, for diameteren på 10 eller endda hundreder af µm, vil den blive suspenderet i olien og danne en næsten perfekt sfære. Gennem optimeringen af brydningsindekset er selve dråben en perfekt sfærisk resonator med en kvalitetsfaktor på mere end 108. Den undgår også problemet med fordampning i olien. For relativt store dråber vil de "sidde" på den øvre eller nedre sidevæg på grund af tæthedsforskelle. Denne type dråbe kan kun bruge den laterale excitationstilstand.
Indlægstid: 23. oktober 2023