O que é micro-nano fotônica?

A micro-nano fotônica estuda principalmente a lei da interação entre luz e matéria em escala micro e nano e sua aplicação na geração, transmissão, regulação, detecção e detecção de luz. Dispositivos de subcomprimento de onda fotônicos micro-nano 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 nano-superfície é um novo campo da micro-nano fotônica, que estuda principalmente a interação entre luz e matéria em nanoestruturas metálicas. Possui características de tamanho pequeno, alta velocidade e superação do limite de difração tradicional. A estrutura do guia de ondas de nanoplasma, que possui boas características de aprimoramento de campo local e filtragem de ressonância, é a base do nanofiltro, multiplexador de divisão de comprimento de onda, interruptor óptico, laser e outros dispositivos ópticos micro-nano. As microcavidades ópticas confinam a luz a pequenas regiões e melhoram muito a interação entre a luz e a matéria. Portanto, a microcavidade óptica com fator de alta qualidade é uma forma importante de detecção 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 significado científico. A microcavidade óptica consiste principalmente em microesferas, microcolunas, microanel e outras geometrias. É uma espécie 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 denominado modo galeria sussurrante (WGM). Comparados com 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 foram aplicados a 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 microcavidades WGM

No experimento, o modo WGM de quatro ordens de alta ordem M1 (FIG. 1 (a)) foi usado para medição de detecção. Em comparação com o modo de ordem inferior, a sensibilidade do modo de ordem superior foi bastante melhorada (FIG. 1 (b)).

Figura 1. Modo de ressonância (a) da cavidade microcapilar e sua correspondente sensibilidade do índice de refração (b)

Filtro óptico sintonizável com alto valor Q

Primeiro, a microcavidade cilíndrica radial de mudança lenta é retirada e, em seguida, o ajuste do comprimento de onda pode ser alcançado movendo mecanicamente a posição do acoplamento com base no princípio do tamanho da forma desde o comprimento de onda ressonante (Figura 2 (a)). O desempenho ajustável e a largura de banda de filtragem são mostrados na Figura 2 (b) e (c). Além disso, o dispositivo pode realizar detecção de deslocamento óptico com precisão subnanométrica.

Figura 2. Diagrama esquemático do filtro óptico sintonizável (a), desempenho ajustável (b) e largura de banda do filtro (c)

Ressonador de gota microfluídica WGM

no chip microfluídico, principalmente para a gota no óleo (gota no óleo), devido às características da tensão superficial, para o diâmetro de dezenas ou mesmo centenas de mícrons, ela ficará suspensa no óleo, formando um quase esfera perfeita. Através da otimização do índice de refração, a própria gota é um ressonador esférico perfeito com fator de qualidade superior a 108. Também evita o problema de evaporação no óleo. Para gotas relativamente grandes, elas “assentarão” nas paredes laterais superiores ou inferiores devido às diferenças de densidade. Este tipo de gota só pode utilizar o modo de excitação lateral.