Mikro-nano fotonika se zabývá především zákony interakce mezi světlem a hmotou v mikro a nano měřítku a jejich aplikací v generování, přenosu, regulaci, detekci a snímání světla. Mikro-nano fotonická zařízení v subvlnné délce mohou účinně zlepšit stupeň integrace fotonů a očekává se, že integrují fotonická zařízení do malých optických čipů, jako jsou elektronické čipy. Nano-povrchová plazmonika je nový obor mikro-nano fotoniky, který se zabývá především interakcí mezi světlem a hmotou v kovových nanostrukturách. Vyznačuje se malými rozměry, vysokou rychlostí a překonáváním tradičních difrakčních limitů. Struktura nanoplazmatického vlnovodu, která má dobré vlastnosti lokálního zesílení pole a rezonanční filtrace, je základem nanofiltrů, multiplexorů s vlnovým dělením, optických přepínačů, laserů a dalších mikro-nano optických zařízení. Optické mikrodutiny omezují světlo na malé oblasti a výrazně zlepšují interakci mezi světlem a hmotou. Optická mikrodutina s vysokým faktorem kvality je proto důležitým způsobem vysoce citlivého snímání a detekce.
Mikrodutina WGM
V posledních letech přitahují optické mikrodutiny velkou pozornost díky svému velkému aplikačnímu potenciálu a vědeckému významu. Optické mikrodutiny se skládají hlavně z mikrokuliček, mikrosloupců, mikrokroužků a dalších geometrií. Jedná se o druh morfologicky závislého optického rezonátoru. Světelné vlny v mikrodutinách se plně odrážejí na rozhraní mikrodutin, což vede k rezonančnímu režimu zvanému režim šeptající galerie (WGM). Ve srovnání s jinými optickými rezonátory mají mikrorezonátory vlastnosti vysoké hodnoty Q (větší než 106), nízkého objemu módu, malých rozměrů a snadné integrace atd. a byly použity pro vysoce citlivé biochemické snímání, laserové záření s ultranízkým prahem a nelineární působení. Naším výzkumným cílem je najít a studovat vlastnosti různých struktur a různých morfologií mikrodutin a tyto nové vlastnosti aplikovat. Mezi hlavní směry výzkumu patří: výzkum optických vlastností mikrodutin WGM, výzkum výroby mikrodutin, aplikační výzkum mikrodutin atd.
Biochemické snímání v mikrodutině WGM
V experimentu byl pro měření použit čtyřřádkový mód WGM vyššího řádu M1 (obr. 1(a)). Ve srovnání s módem nižšího řádu byla citlivost módu vyššího řádu výrazně zlepšena (obr. 1(b)).
Obrázek 1. Rezonanční mód (a) mikrokapilární dutiny a jeho odpovídající citlivost indexu lomu (b)
Laditelný optický filtr s vysokou hodnotou Q
Nejprve se vytáhne radiální pomalu se měnící válcová mikrodutina a poté lze dosáhnout ladění vlnové délky mechanickým posunem spojovací polohy na základě principu velikosti tvaru od rezonanční vlnové délky (obrázek 2 (a)). Laditelný výkon a šířka pásma filtrování jsou znázorněny na obrázku 2 (b) a (c). Zařízení navíc dokáže realizovat optické snímání posunu s přesností subnanometrů.
Obrázek 2. Schéma laditelného optického filtru (a), laditelného výkonu (b) a šířky pásma filtru (c)
Mikrofluidní kapkový rezonátor WGM
V mikrofluidním čipu, zejména u kapek v oleji (kapky v oleji), bude kapka o průměru desítek nebo dokonce stovek mikronů v důsledku vlastností povrchového napětí suspendována v oleji a tvoří téměř dokonalou kouli. Optimalizací indexu lomu je samotná kapka dokonalým sférickým rezonátorem s faktorem jakosti více než 108. Tím se také zabrání problému s odpařováním v oleji. Relativně velké kapky budou v důsledku rozdílů v hustotě „usazovat“ na horních nebo dolních bočních stěnách. Tento typ kapky může používat pouze režim laterálního buzení.
Čas zveřejnění: 23. října 2023