A mikro-nano fotonika főként a fény és az anyag kölcsönhatásának törvényét vizsgálja mikro- és nanoskálán, valamint annak alkalmazását a fény előállításában, továbbításában, szabályozásában, detektálásában és érzékelésében. A mikro-nano fotonikai szubhullámhosszú eszközök hatékonyan javíthatják a fotonintegráció mértékét, és várhatóan képesek lesznek a fotonikus eszközöket egy kis optikai chipbe, például elektronikus chipekbe integrálni. A nanofelületi plazmonika a mikro-nano fotonika egy új területe, amely főként a fény és az anyag kölcsönhatását vizsgálja fém nanostruktúrákban. Jellemzői a kis méret, a nagy sebesség és a hagyományos diffrakciós határ leküzdése. A jó lokális térerősítéssel és rezonanciaszűrő tulajdonságokkal rendelkező nanoplazma-hullámvezető szerkezet képezi a nanoszűrők, hullámhossz-osztásos multiplexerek, optikai kapcsolók, lézerek és más mikro-nano optikai eszközök alapját. Az optikai mikroüregek apró régiókra korlátozzák a fényt, és nagymértékben fokozzák a fény és az anyag közötti kölcsönhatást. Ezért a nagy minőségi tényezőjű optikai mikroüreg a nagy érzékenységű érzékelés és detektálás fontos módja.
WGM mikroüreg
Az utóbbi években az optikai mikroüregek nagy figyelmet kaptak hatalmas alkalmazási lehetőségeik és tudományos jelentőségük miatt. Az optikai mikroüregek főként mikrogömbökből, mikrooszlopokból, mikrogyűrűkből és más geometriákból állnak. Ez egyfajta morfológiailag függő optikai rezonátor. A mikroüregekben lévő fényhullámok teljes mértékben visszaverődnek a mikroüregek határfelületén, ami egy suttogó galéria módusnak (WGM) nevezett rezonancia módot eredményez. Más optikai rezonátorokkal összehasonlítva a mikrorezonátorok magas Q-értékkel (nagyobb, mint 106), alacsony módustérfogattal, kis mérettel és könnyű integrálhatósággal rendelkeznek, és nagy érzékenységű biokémiai érzékelésben, ultra-alacsony küszöbértékű lézerekben és nemlineáris működésben alkalmazzák őket. Kutatási célunk a mikroüregek különböző szerkezeteinek és különböző morfológiáinak jellemzőinek feltárása és tanulmányozása, valamint ezen új jellemzők alkalmazása. A fő kutatási irányok a következők: a WGM mikroüregek optikai jellemzőinek kutatása, a mikroüregek gyártásának kutatása, a mikroüregek alkalmazáskutatása stb.
WGM mikroüreg biokémiai érzékelés
A kísérletben az érzékelési méréshez a négyszeres, magasabb rendű M1 WGM módot (1. ábra (a)) használták. Az alacsonyabb rendű módhoz képest a magasabb rendű mód érzékenysége jelentősen javult (1. ábra (b)).
1. ábra. A mikrokapilláris üreg rezonanciamódusa (a) és a hozzá tartozó törésmutató-érzékenység (b)
Hangolható optikai szűrő magas Q-értékkel
Először a radiálisan lassan változó hengeres mikroüreget kihúzzák, majd a hullámhossz-hangolást a csatolási pozíció mechanikus mozgatásával lehet elérni a rezonáns hullámhossztól számított alakméret elve alapján (2. ábra (a)). A hangolható teljesítményt és a szűrési sávszélességet a 2. ábra (b) és (c) mutatja. Ezenkívül az eszköz nanométer alatti pontossággal képes optikai elmozdulásérzékelést megvalósítani.
2. ábra. A hangolható optikai szűrő (a), a hangolható teljesítmény (b) és a szűrő sávszélességének (c) vázlatos rajza
WGM mikrofluidikus csepprezonátor
A mikrofluidikai chipben, különösen az olajban lévő cseppeknél (csepp az olajban), a felületi feszültség jellemzői miatt, tíz vagy akár több száz mikronos átmérő esetén, az olajban szuszpendálódik, közel tökéletes gömböt alkotva. A törésmutató optimalizálásának köszönhetően maga a csepp egy tökéletes gömbrezonátor, amelynek minőségi tényezője meghaladja a 108-at. Ez elkerüli az olajban való párolgás problémáját is. A viszonylag nagy cseppek a sűrűségkülönbségek miatt a felső vagy alsó oldalfalakon „ülnek”. Ez a típusú csepp csak az oldalirányú gerjesztési módot tudja használni.
Közzététel ideje: 2023. október 23.