Photonics vi mô-nano chủ yếu nghiên cứu định luật tương tác giữa ánh sáng và vật chất ở quy mô vi mô và nano và ứng dụng của nó trong việc tạo ra, truyền, điều chỉnh, phát hiện và cảm biến ánh sáng. Các thiết bị dưới bước sóng photonics vi mô-nano có thể cải thiện hiệu quả mức độ tích hợp photon và dự kiến sẽ tích hợp các thiết bị photonic vào một chip quang học nhỏ như chip điện tử. Plasmon bề mặt nano là một lĩnh vực mới của photonics vi mô-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 là kích thước nhỏ, tốc độ cao và vượt qua giới hạn nhiễu xạ truyền thống. Cấu trúc ống dẫn sóng nanoplasma, có 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, công tắc quang, laser và các thiết bị quang học vi mô-nano khác. Các khoang vi mô quang học giới hạn ánh sáng trong các vùng nhỏ và tăng cường đáng kể sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất. Do đó, khoang vi mô quang học có hệ số chất lượng cao là một cách quan trọng để cảm biến và phát hiện độ nhạy cao.
Khoang vi mô WGM
Trong những năm gần đây, microcavity quang học đã thu hút được nhiều sự chú ý do tiềm năng ứng dụng lớn và ý nghĩa khoa học của nó. Microcavity quang học chủ yếu bao gồm vi cầu, vi cột, vi vòng và các hình học khác. Đây là một loại bộ cộng hưởng quang học phụ thuộc vào hình thái. Sóng ánh sáng trong microcavity được phản xạ hoàn toàn tại giao diện microcavity, 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, microcavity có các đặc điểm là giá trị Q cao (lớn hơn 106), thể tích chế độ thấp, kích thước nhỏ và dễ tích hợp, v.v. và đã được ứng dụng vào 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 khác nhau và các hình thái khác nhau của microcavity, đồng thời áp dụng các đặc điểm mới này. Các hướng nghiên cứu chính bao gồm: nghiên cứu đặc điểm quang học của microcavity WGM, nghiên cứu chế tạo microcavity, nghiên cứu ứng dụng microcavity, 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 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 nhỏ 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 có thể điều chỉnh bước sóng bằng cách di chuyển cơ học vị trí ghép nối dựa trên nguyên tắc kích thước hình dạng kể từ bước sóng cộng hưởng (Hình 2 (a)). Hiệu suất có thể 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 học 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 đối với giọt trong dầu (droplet in-oil), do đặc điểm của sức căng bề mặt, đối với đường kính hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm micron, nó sẽ được treo lơ lửng trong dầu, tạo thành một hình cầu gần như hoàn hảo. Thông qua việc tối ưu hóa chiết suất, bản thân giọt 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 tương đối lớn, chúng sẽ "nằm" trên các thành bên trên hoặc dưới do sự khác biệt về mật độ. Loại giọt này chỉ có thể sử dụng chế độ kích thích bên.
Thời gian đăng: 23-10-2023