Que é a micro-nanofotónica?

A microfotónica estuda principalmente a lei da interacción entre a luz e a materia a micro e nanoescala e a súa aplicación na xeración, transmisión, regulación, detección e detección da luz. Os dispositivos de microfotónica de sublonxitude de onda poden mellorar eficazmente o grao de integración de fotóns e espérase que integren dispositivos fotónicos nun pequeno chip óptico como os chips electrónicos. A nanoplasmónica de superficie é un novo campo da microfotónica, que estuda principalmente a interacción entre a luz e a materia en nanoestruturas metálicas. Ten as características de pequeno tamaño, alta velocidade e superación do límite de difracción tradicional. A estrutura de guía de ondas de nanoplasma, que ten boas características de mellora do campo local e filtrado de resonancia, é a base do nanofiltro, multiplexor de división de lonxitudes de onda, interruptor óptico, láser e outros dispositivos microfotónicos. As microcavidades ópticas confinan a luz a rexións diminutas e melloran enormemente a interacción entre a luz e a materia. Polo tanto, a microcavidade óptica cun factor de alta calidade é unha forma importante de detección e detección de alta sensibilidade.

Microcavidade WGM

Nos últimos anos, a microcavidade óptica atraeu moita atención debido ao seu gran potencial de aplicación e importancia científica. A microcavidade óptica consiste principalmente en microesferas, microcolumnas, microaneis e outras xeometrías. É un tipo de resonador óptico dependente da morfoloxía. As ondas de luz nas microcavidades reflíctense totalmente na interface da microcavidade, o que resulta nun modo de resonancia chamado modo de galería susurrante (WGM). En comparación con outros resonadores ópticos, os microresonadores teñen as características dun valor Q elevado (superior a 106), baixo volume de modo, pequeno tamaño e fácil integración, etc., e aplicáronse á detección bioquímica de alta sensibilidade, láser de limiar ultrabaixo e acción non lineal. O noso obxectivo de investigación é atopar e estudar as características de diferentes estruturas e diferentes morfoloxías de microcavidades e aplicar estas novas características. As principais direccións de investigación inclúen: investigación das características ópticas da microcavidade WGM, investigación da fabricación de microcavidades, investigación de aplicacións de microcavidades, etc.

Detección bioquímica de microcavidades WGM

No experimento, empregouse o modo WGM de orde superior de catro ordes M1 (FIG. 1(a)) para a medición de detección. En comparación co modo de orde inferior, a sensibilidade do modo de orde superior mellorou moito (FIG. 1(b)).

Figura 1. Modo de resonancia (a) da cavidade microcapilar e a súa correspondente sensibilidade ao índice de refracción (b)

Filtro óptico sintonizable con alto valor Q

Primeiro, extráese a microcavidade cilíndrica de cambio radial lento e, a continuación, pódese conseguir o axuste da lonxitude de onda movendo mecanicamente a posición de acoplamento baseándose no principio do tamaño da forma desde a lonxitude de onda resonante (Figura 2 (a)). O rendemento axustable e o ancho de banda de filtrado móstranse na Figura 2 (b) e (c). Ademais, o dispositivo pode realizar a detección de desprazamento óptico cunha precisión subnanométrica.

Figura 2. Diagrama esquemático do filtro óptico sintonizable (a), rendemento sintonizable (b) e ancho de banda do filtro (c)

Resonador de gotas microfluídicas WGM

No chip microfluídico, especialmente para a pinga no aceite (pinga en aceite), debido ás características da tensión superficial, para diámetros de decenas ou incluso centos de micras, quedará suspendida no aceite, formando unha esfera case perfecta. Mediante a optimización do índice de refracción, a propia pinga convértese nun resonador esférico perfecto cun factor de calidade superior a 108. Tamén se evita o problema da evaporación no aceite. Para pingas relativamente grandes, estas "sentaranse" nas paredes laterais superior ou inferior debido ás diferenzas de densidade. Este tipo de pinga só pode usar o modo de excitación lateral.