Quang tử vi nano chủ yếu nghiên cứu quy luật tương tác giữa ánh sáng và vật chất ở cấp độ vi mô và nano, cũng như ứng dụng của nó trong việc tạo ra, truyền dẫn, điều chỉnh, phát hiện và cảm biến ánh sáng. Các thiết bị quang tử vi nano dưới bước sóng có thể cải thiện hiệu quả mức độ tích hợp photon, và dự kiến sẽ tích hợp các thiết bị quang tử vào một chip quang học nhỏ như chip điện tử. Plasmon bề mặt nano là một lĩnh vực mới của quang tử vi nano, chủ yếu nghiên cứu sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất trong các cấu trúc nano kim loại. Nó có các đặc điểm như kích thước nhỏ, tốc độ cao và vượt qua giới hạn nhiễu xạ truyền thống. Cấu trúc ống dẫn sóng nanoplasma, với đặc tính tăng cường trường cục bộ và lọc cộng hưởng tốt, là cơ sở của bộ lọc nano, bộ ghép kênh phân chia bước sóng, bộ chuyển mạch quang, laser và các thiết bị quang học vi nano khác. Các khoang vi quang học giới hạn ánh sáng trong các vùng cực nhỏ và tăng cường đáng kể sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất. Do đó, các khoang vi quang học với hệ số chất lượng cao là một phương pháp quan trọng để cảm biến và phát hiện độ nhạy cao.
Khoang vi mô WGM
Trong những năm gần đây, vi cộng hưởng quang học đã thu hút nhiều sự chú ý do tiềm năng ứng dụng to lớn và ý nghĩa khoa học của nó. Vi cộng hưởng quang học chủ yếu bao gồm vi cầu, vi cột, vi vòng và các dạng hình học khác. Đây là một loại bộ cộng hưởng quang học phụ thuộc vào hình thái. Sóng ánh sáng trong vi cộng hưởng được phản xạ hoàn toàn tại giao diện vi cộng hưởng, tạo ra chế độ cộng hưởng gọi là chế độ phòng trưng bày thì thầm (WGM). So với các bộ cộng hưởng quang học khác, vi cộng hưởng có các đặc điểm như giá trị Q cao (lớn hơn 106), thể tích mode thấp, kích thước nhỏ và dễ tích hợp, v.v., và đã được ứng dụng trong cảm biến sinh hóa độ nhạy cao, laser ngưỡng cực thấp và hoạt động phi tuyến tính. Mục tiêu nghiên cứu của chúng tôi là tìm kiếm và nghiên cứu các đặc điểm của các cấu trúc và hình thái khác nhau của vi cộng hưởng, đồng thời ứng dụng những đặc điểm mới này. Các hướng nghiên cứu chính bao gồm: nghiên cứu đặc điểm quang học của vi cộng hưởng WGM, nghiên cứu chế tạo vi cộng hưởng, nghiên cứu ứng dụng vi cộng hưởng, v.v.
Cảm biến sinh hóa khoang vi mô WGM
Trong thí nghiệm, chế độ WGM bậc cao bốn bậc M1 (HÌNH 1(a)) được sử dụng để đo lường cảm biến. So với chế độ bậc thấp, độ nhạy của chế độ bậc cao được cải thiện đáng kể (HÌNH 1(b)).
Hình 1. Chế độ cộng hưởng (a) của khoang mao quản vi mô và độ nhạy chiết suất tương ứng của nó (b)
Bộ lọc quang học có thể điều chỉnh với giá trị Q cao
Đầu tiên, khoang vi mô hình trụ thay đổi chậm theo hướng xuyên tâm được kéo ra, sau đó việc điều chỉnh bước sóng có thể được thực hiện bằng cách di chuyển cơ học vị trí ghép nối dựa trên nguyên lý kích thước hình dạng kể từ bước sóng cộng hưởng (Hình 2 (a)). Hiệu suất điều chỉnh và băng thông lọc được thể hiện trong Hình 2 (b) và (c). Ngoài ra, thiết bị có thể thực hiện cảm biến dịch chuyển quang học với độ chính xác dưới nanomet.
Hình 2. Sơ đồ bộ lọc quang có thể điều chỉnh (a), hiệu suất có thể điều chỉnh (b) và băng thông bộ lọc (c)
Bộ cộng hưởng giọt vi lưu WGM
Trong chip vi lưu, đặc biệt là đối với các giọt dầu (droplet in-oil), do đặc tính của sức căng bề mặt, đối với các giọt có đường kính hàng chục, thậm chí hàng trăm micron, chúng sẽ lơ lửng trong dầu, tạo thành một hình cầu gần như hoàn hảo. Thông qua việc tối ưu hóa chiết suất, bản thân giọt dầu là một bộ cộng hưởng hình cầu hoàn hảo với hệ số chất lượng lớn hơn 108. Nó cũng tránh được vấn đề bay hơi trong dầu. Đối với các giọt dầu tương đối lớn, chúng sẽ "nằm" trên thành bên trên hoặc dưới do sự khác biệt về mật độ. Loại giọt dầu này chỉ có thể sử dụng chế độ kích thích bên.
Thời gian đăng: 23-10-2023