Mikro-nanofotoonika uurib peamiselt valguse ja aine vastastikmõju seadust mikro- ja nanoskaalas ning selle rakendusi valguse genereerimisel, edastamisel, reguleerimisel, tuvastamisel ja tajumisel. Mikro-nanofotoonika alamlainepikkusega seadmed suudavad tõhusalt parandada footonite integreerimise astet ning eeldatavasti integreerivad footonseadmeid väikestesse optilistesse kiipidesse, näiteks elektroonilistesse kiipidesse. Nanopinnaplasmoonika on mikro-nanofotoonika uus valdkond, mis uurib peamiselt valguse ja aine vastastikmõju metallnanostruktuurides. Sellel on väikesed omadused, suur kiirus ja traditsioonilise difraktsioonipiiri ületamine. Nanoplasma-lainejuhtstruktuur, millel on head lokaalse välja võimendamise ja resonantsi filtreerimise omadused, on nanofiltrite, lainepikkuse jagamise multiplekserite, optiliste lülitite, laserite ja muude mikro-nanooptiliste seadmete aluseks. Optilised mikroõõnsused piiravad valgust väikestesse piirkondadesse ja parandavad oluliselt valguse ja aine vastastikmõju. Seetõttu on kõrge kvaliteediteguriga optiline mikroõõnsus oluline viis suure tundlikkusega tajumiseks ja tuvastamiseks.
WGM mikroõõnsus
Viimastel aastatel on optiline mikroõõnsus pälvinud palju tähelepanu oma suure rakenduspotentsiaali ja teadusliku tähtsuse tõttu. Optiline mikroõõnsus koosneb peamiselt mikrosfääridest, mikrokolonnidest, mikrorõngastest ja muudest geomeetriatest. See on omamoodi morfoloogiliselt sõltuv optiline resonaator. Mikroõõnsustes olevad valguslained peegelduvad täielikult mikroõõnsuste liideselt, mille tulemuseks on resonantsirežiim, mida nimetatakse sosistava galerii režiimiks (WGM). Võrreldes teiste optiliste resonaatoritega on mikroresonaatoritel kõrge Q-väärtus (üle 106), madal režiimi maht, väike suurus ja lihtne integreerimine jne ning neid on rakendatud ülitundlikus biokeemilises sensoris, ülimadala läviväärtusega laserites ja mittelineaarses tegevuses. Meie uurimistöö eesmärk on leida ja uurida mikroõõnsuste erinevate struktuuride ja erinevate morfoloogiate omadusi ning rakendada neid uusi omadusi. Peamised uurimissuunad hõlmavad järgmist: WGM-mikroõõnsuste optiliste omaduste uurimine, mikroõõnsuste valmistamise uurimine, mikroõõnsuste rakendusuuringud jne.
WGM-i mikroõõnsuste biokeemiline sensor
Eksperimendis kasutati sensori mõõtmiseks neljaastmelist kõrgema astme WGM-režiimi M1 (joonis 1(a)). Võrreldes madalama astme režiimiga oli kõrgema astme režiimi tundlikkus oluliselt paranenud (joonis 1(b)).
Joonis 1. Mikrokapillaaride resonantsrežiim (a) ja sellele vastav murdumisnäitaja tundlikkus (b)
Häälestatav optiline filter kõrge Q-väärtusega
Esmalt tõmmatakse välja radiaalselt aeglaselt muutuv silindriline mikroõõnsus ja seejärel saab lainepikkuse häälestamist saavutada sidestusasendi mehaanilise liigutamise abil, lähtudes kuju suuruse põhimõttest resonantse lainepikkuse suhtes (joonis 2 (a)). Häälestatav jõudlus ja filtreerimisribalaius on näidatud joonisel 2 (b) ja (c). Lisaks suudab seade realiseerida optilise nihke tuvastamist subnanomeetrilise täpsusega.
Joonis 2. Häälestatava optilise filtri (a), häälestatava jõudluse (b) ja filtri ribalaiuse (c) skemaatiline diagramm
WGM mikrofluidiline tilkresonaator
Mikrofluidikiibis, eriti õlis olevate tilkade puhul, hõljuvad need kümnete või isegi sadade mikronite läbimõõduga pindpinevuse omaduste tõttu õlis, moodustades peaaegu täiusliku sfääri. Murdumisnäitaja optimeerimise tõttu on tilk ise täiuslik sfääriline resonaator, mille kvaliteeditegur on üle 108. See väldib ka õli aurustumise probleemi. Suhteliselt suured tilgad "seisavad" tiheduse erinevuste tõttu ülemistel või alumistel külgseintel. Seda tüüpi tilgad saavad kasutada ainult külgmist ergastusrežiimi.
Postituse aeg: 23. okt 2023