Микро-нанофотоника в основном изучает закон взаимодействия света с веществом в микро- и наномасштабах и его применение для генерации, передачи, регулирования, обнаружения и измерения света. Микро-нанофотонные субволновые устройства могут эффективно улучшить степень интеграции фотонов, и ожидается, что фотонные устройства будут интегрированы в небольшой оптический чип, такой как электронные чипы. Наноповерхностная плазмоника — это новое направление микро-нанофотоники, которое в основном изучает взаимодействие света с веществом в металлических наноструктурах. Она обладает характеристиками малого размера, высокой скорости и преодолением традиционного дифракционного предела. Структура наноплазменного волновода, обладающая хорошими характеристиками усиления локального поля и резонансной фильтрации, является основой нанофильтров, мультиплексоров с разделением по длине волны, оптических переключателей, лазеров и других микро-нанооптических устройств. Оптические микрорезонаторы ограничивают свет крошечными областями и значительно улучшают взаимодействие света с веществом. Таким образом, оптический микрорезонатор с высоким коэффициентом добротности является важным способом высокочувствительного обнаружения и детектирования.
микрополость WGM
В последние годы оптические микрорезонаторы привлекают большое внимание благодаря своему большому прикладному потенциалу и научной значимости. Оптические микрорезонаторы в основном состоят из микросфер, микроколонок, микроколец и других геометрических форм. Это своего рода морфологически зависимый оптический резонатор. Световые волны в микрорезонаторах полностью отражаются от границы микрорезонатора, что приводит к резонансной моде, называемой модой шепчущей галереи (WGM). По сравнению с другими оптическими резонаторами, микрорезонаторы обладают такими характеристиками, как высокая добротность (более 106), малый модовый объём, малые размеры и простота интеграции и т. д., и применяются для высокочувствительных биохимических датчиков, сверхнизкопороговых лазеров и нелинейных воздействий. Цель наших исследований — найти и изучить характеристики различных структур и морфологий микрорезонаторов, а также применить эти новые характеристики. Основные направления исследований включают: исследование оптических характеристик микрорезонаторов WGM, исследование процесса изготовления микрорезонаторов, исследование применения микрорезонаторов и т. д.
Биохимическое зондирование микрополостной модели WGM
В эксперименте для измерения использовалась четырёхпорядковая мода МШГ высокого порядка M1 (рис. 1(а)). По сравнению с модой низкого порядка, чувствительность моды высокого порядка была значительно выше (рис. 1(б)).
Рисунок 1. Резонансная мода (а) микрокапиллярной полости и соответствующая ей чувствительность показателя преломления (б)
Перестраиваемый оптический фильтр с высокой добротностью
Сначала выдвигается медленно изменяющаяся в радиальном направлении цилиндрическая микрополоса, а затем настройка длины волны осуществляется механическим перемещением положения сопряжения по принципу размера формы относительно резонансной длины волны (рисунок 2 (a)). Характеристики настройки и полоса пропускания фильтра показаны на рисунках 2 (b) и (c). Кроме того, устройство может осуществлять оптическое измерение смещения с субнанометровой точностью.
Рисунок 2. Принципиальная схема настраиваемого оптического фильтра (а), настраиваемая производительность (б) и полоса пропускания фильтра (в)
Микрофлюидный капельный резонатор WGM
В микрофлюидном чипе, особенно для капли в масле (droplet in-oil), благодаря особенностям поверхностного натяжения, при диаметре в десятки или даже сотни микрометров она будет взвешена в масле, образуя практически идеальную сферу. Благодаря оптимизации показателя преломления сама капля представляет собой идеальный сферический резонатор с добротностью более 108. Это также позволяет избежать проблемы испарения в масле. Относительно крупные капли будут «сидеть» на верхней или нижней боковых стенках из-за разницы в плотности. Этот тип капель может использовать только латеральный режим возбуждения.
Время публикации: 23 октября 2023 г.