Kas ir mikronano fotonika?

Mikronanofotonika galvenokārt pēta gaismas un vielas mijiedarbības likumu mikro un nano mērogā un tā pielietojumu gaismas ģenerēšanā, pārraidē, regulēšanā, noteikšanā un uztverē. Mikronano fotonikas apakšviļņa garuma ierīces var efektīvi uzlabot fotonu integrācijas pakāpi, un ir paredzams, ka fotoniskās ierīces tiks integrētas nelielā optiskā mikroshēmā, piemēram, elektroniskās mikroshēmās. Nanovirsmas plazmonika ir jauna mikronano fotonikas joma, kas galvenokārt pēta gaismas un vielas mijiedarbību metālu nanostruktūrās. Tam ir maza izmēra, liela ātruma un tradicionālās difrakcijas robežas pārvarēšanas īpašības. Nanoplazmas viļņvada struktūra, kurai ir labas vietējā lauka uzlabošanas un rezonanses filtrēšanas īpašības, ir nanofiltra, viļņu garuma dalīšanas multipleksora, optiskā slēdža, lāzera un citu mikro-nano optisko ierīču pamatā. Optiskie mikrodobumi ierobežo gaismu nelielos reģionos un ievērojami uzlabo gaismas un vielas mijiedarbību. Tāpēc optiskais mikrodobums ar augstu kvalitātes faktoru ir svarīgs augstas jutības noteikšanas un noteikšanas veids.

WGM mikrodobums

Pēdējos gados optiskais mikrodobums ir piesaistījis lielu uzmanību tā lielā pielietojuma potenciāla un zinātniskās nozīmes dēļ. Optiskais mikrodobums galvenokārt sastāv no mikrosfēras, mikrokolonnas, mikrogredzena un citām ģeometriskām formām. Tas ir sava veida morfoloģiski atkarīgs optiskais rezonators. Gaismas viļņi mikrodobumos tiek pilnībā atspoguļoti mikrodobumu saskarnē, kā rezultātā rodas rezonanses režīms, ko sauc par čukstu galerijas režīmu (WGM). Salīdzinot ar citiem optiskajiem rezonatoriem, mikrorezonatoriem ir augsta Q vērtība (lielāka par 106), zema režīma skaļums, mazs izmērs un viegla integrācija utt., un tie ir piemēroti augstas jutības bioķīmiskajai uztveršanai, īpaši zema sliekšņa lāzeram un nelineāra darbība. Mūsu pētījuma mērķis ir atrast un izpētīt dažādu mikrodobumu struktūru un dažādu morfoloģiju raksturlielumus un pielietot šīs jaunās īpašības. Galvenie pētījumu virzieni ietver: WGM mikrodobumu optisko raksturlielumu pētījumi, mikrodobumu izgatavošanas pētījumi, mikrodobumu pielietojuma pētījumi u.c.

WGM mikrodobuma bioķīmiskā noteikšana

Eksperimentā sensora mērījumiem tika izmantots četrkārtu augstas pakāpes WGM režīms M1 (1. att. (a)). Salīdzinot ar zemas kārtas režīmu, augstākās kārtas režīma jutīgums ir ievērojami uzlabots (1. att. (b)).

1. attēls. Mikrokapilārā dobuma rezonanses režīms (a) un tā atbilstošā refrakcijas indeksa jutība (b)

Noskaņojams optiskais filtrs ar augstu Q vērtību

Vispirms tiek izvilkts radiāli lēni mainīgais cilindriskais mikrodobums, un pēc tam viļņa garuma regulēšanu var panākt, mehāniski pārvietojot savienojuma pozīciju, pamatojoties uz formas lieluma principu kopš rezonanses viļņa garuma (2. attēls (a)). Noskaņojamā veiktspēja un filtrēšanas joslas platums ir parādīts 2. attēlā (b) un (c). Turklāt ierīce var realizēt optisko nobīdes noteikšanu ar subnanometra precizitāti.

2. attēls. Noskaņojamā optiskā filtra (a), regulējamās veiktspējas (b) un filtra joslas platuma (c) shematiskā diagramma

WGM mikrofluidiskais pilienu rezonators

mikrofluidiskajā mikroshēmā, īpaši attiecībā uz pilienu eļļā (piliens eļļā), virsmas spraiguma īpašību dēļ desmitiem vai pat simtiem mikronu diametram tas tiks suspendēts eļļā, veidojot gandrīz ideāla sfēra. Pateicoties refrakcijas indeksa optimizācijai, pats piliens ir ideāls sfērisks rezonators ar kvalitātes koeficientu, kas pārsniedz 108. Tas arī novērš iztvaikošanas problēmu eļļā. Salīdzinoši lieliem pilieniem blīvuma atšķirību dēļ tie "sēdēs" uz augšējās vai apakšējās sānu sieniņas. Šāda veida pilieni var izmantot tikai sānu ierosmes režīmu.