A micro-nanofotônica estuda principalmente a lei da interação entre luz e matéria em escala micro e nano e sua aplicação na geração, transmissão, regulação, detecção e sensoriamento de luz. Dispositivos de micro-nanofotônica com comprimento de onda inferior podem efetivamente melhorar o grau de integração de fótons, e espera-se que integrem dispositivos fotônicos em um pequeno chip óptico como chips eletrônicos. A plasmônica de nanosuperfície é um novo campo da micro-nanofotônica, que estuda principalmente a interação entre luz e matéria em nanoestruturas metálicas. Ela tem as características de tamanho pequeno, alta velocidade e superação do limite de difração tradicional. A estrutura de guia de onda nanoplasma, que tem boas características de aprimoramento de campo local e filtragem de ressonância, é a base de nanofiltros, multiplexadores de divisão de comprimento de onda, interruptores ópticos, lasers e outros dispositivos micro-nanoópticos. Microcavidades ópticas confinam a luz a regiões minúsculas e aumentam significativamente a interação entre luz e matéria. Portanto, a microcavidade óptica com alto fator de qualidade é uma forma importante de sensoriamento e detecção de alta sensibilidade.
Microcavidade WGM
Nos últimos anos, a microcavidade óptica tem atraído muita atenção devido ao seu grande potencial de aplicação e importância científica. A microcavidade óptica consiste principalmente de microesferas, microcolunas, microanéis e outras geometrias. É um tipo de ressonador óptico dependente da morfologia. As ondas de luz nas microcavidades são totalmente refletidas na interface da microcavidade, resultando em um modo de ressonância chamado modo de galeria sussurrante (WGM). Comparados a outros ressonadores ópticos, os microrressonadores têm as características de alto valor Q (maior que 106), baixo volume de modo, tamanho pequeno e fácil integração, etc., e têm sido aplicados à detecção bioquímica de alta sensibilidade, laser de limiar ultrabaixo e ação não linear. Nosso objetivo de pesquisa é encontrar e estudar as características de diferentes estruturas e diferentes morfologias de microcavidades, e aplicar essas novas características. As principais direções de pesquisa incluem: pesquisa de características ópticas de microcavidade WGM, pesquisa de fabricação de microcavidade, pesquisa de aplicação de microcavidade, etc.
Detecção bioquímica de microcavidade WGM
No experimento, o modo WGM de quatro ordens e alta ordem M1 (FIG. 1(a)) foi utilizado para a medição de detecção. Comparado ao modo de baixa ordem, a sensibilidade do modo de alta ordem foi significativamente melhorada (FIG. 1(b)).
Figura 1. Modo de ressonância (a) da cavidade microcapilar e sua sensibilidade de índice de refração correspondente (b)
Filtro óptico ajustável com alto valor Q
Primeiramente, a microcavidade cilíndrica radial de lenta mudança é retirada e, em seguida, o ajuste do comprimento de onda pode ser obtido movendo mecanicamente a posição de acoplamento com base no princípio do tamanho da forma, considerando o comprimento de onda ressonante (Figura 2 (a)). O desempenho ajustável e a largura de banda da filtragem são mostrados nas Figuras 2 (b) e (c). Além disso, o dispositivo pode realizar a detecção de deslocamento óptico com precisão subnanométrica.
Figura 2. Diagrama esquemático do filtro óptico sintonizável (a), desempenho sintonizável (b) e largura de banda do filtro (c)
Ressonador de gota microfluídica WGM
No chip microfluídico, especialmente para a gota no óleo (gota em óleo), devido às características da tensão superficial, para o diâmetro de dezenas ou mesmo centenas de mícrons, ela ficará suspensa no óleo, formando uma esfera quase perfeita. Através da otimização do índice de refração, a gota em si é um ressonador esférico perfeito com um fator de qualidade superior a 108. Isso também evita o problema de evaporação no óleo. Para gotas relativamente grandes, elas "ficarão" nas paredes laterais superior ou inferior devido às diferenças de densidade. Este tipo de gota só pode usar o modo de excitação lateral.
Horário da postagem: 23 de outubro de 2023