Photonics micro-nano là gì?

Photonics micro-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 ánh sáng, truyền, điều hòa, phát hiện và cảm nhận. Các thiết bị bước sóng phụ của Micro-Nano Photonics có thể cải thiện hiệu quả mức độ tích hợp photon và dự kiến ​​sẽ tích hợp các thiết bị quang học vào một chip quang nhỏ như chip điện tử. Plasmonics bề mặt nano là một lĩnh vực mới của quang tử nano vi mô, chủ yếu nghiên cứu sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất trong cấu trúc nano kim loại. Nó có các đặc điểm của kích thước nhỏ, tốc độ cao và vượt qua giới hạn nhiễu xạ truyền thống. Cấu trúc sóng nano, có các đặc điểm lọc và lọc cộng hưởng địa phương tốt, là cơ sở của bộ lọc nano, bộ ghép kênh phân chia bước sóng, công tắc quang học, laser và các thiết bị quang học vi mô khác. Các vi sinh vật quang học giới hạn ánh sáng cho các vùng nhỏ và tăng cường đáng kể sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất. Do đó, trọng lượng quang học với yếu tố chất lượng cao là một cách quan trọng của cảm biến và phát hiện độ nhạy cao.

Vicrocavity WGM

Trong những năm gần đây, Vicrocavity quang học đã thu hút nhiều sự chú ý do tiềm năng ứng dụng lớn và ý nghĩa khoa học của nó. Vicrocavity quang học chủ yếu bao gồm microsphere, microcolumn, microring và các hình học khác. Nó là một loại cộng hưởng quang phụ thuộc hình thái. Sóng ánh sáng trong các vi sinh vật được phản xạ đầy đủ tại giao diện vi mô, dẫn đến chế độ cộng hưởng gọi là Chế độ Whispering Gallery (WGM). So với các bộ cộng hưởng quang học khác, Microresonators có các đặc tính của giá trị Q cao (lớn hơn 106), khối lượng chế độ thấp, kích thước nhỏ và tích hợp dễ dàng, v.v., và đã được áp dụng cho cảm biến sinh hóa có độ nhạy cao, laser ngưỡng cực thấp. Mục tiêu nghiên cứu của chúng tôi là tìm và nghiên cứu các đặc điểm của các cấu trúc khác nhau và các hình thái khác nhau của vi sinh vật, và áp dụng các đặc điểm mới này. Các hướng nghiên cứu chính bao gồm: Nghiên cứu đặc điểm quang học của Vicrocavity WGM, Nghiên cứu chế tạo về Vicrocavity, Nghiên cứu ứng dụng của Vicrocavity, v.v.

Cảm biến sinh hóa vi mô WGM

Trong thí nghiệm, chế độ WGM thứ tự bốn thứ tự M1 (Hình 1 (a)) đã được sử dụng để đo cảm biến. So với chế độ bậc thấp, độ nhạy của chế độ bậc cao đã được cải thiện rất nhiều (Hình 1 (b)).

Hình 1. Chế độ cộng hưởng (a) của khoang vi mô và độ nhạy của chỉ số khúc xạ tương ứng của nó (b)

Bộ lọc quang có thể điều chỉnh với giá trị Q cao

Đầu tiên, sự thay đổi xuyên tâm thay đổi vi trọng lực hình trụ được kéo ra, và sau đó điều chỉnh bước sóng có thể đạt được bằng cách di chuyển cơ học vị trí khớp nối dựa trên nguyên tắc kích thước hình dạng do bước sóng cộng hưởng (Hình 2 (a)). Hiệu suất có thể điều chỉnh và băng thông lọc được hiển thị trong Hình 2 (b) và (c). Ngoài ra, thiết bị có thể nhận ra cảm biến dịch chuyển quang với độ chính xác của nanomet phụ.

Hình 2. Sơ đồ của bộ lọc quang có thể điều chỉnh (a), hiệu suất điều chỉnh (b) và băng thông lọc (c)

Bộ cộng hưởng thả microfluidic WGM

Trong chip microfluidic, đặc biệt đối với giọt trong dầu (dầu nhỏ trong dầu), do các đặc điểm của sức căng bề mặt, đối với đường kính của hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm micron, nó sẽ được treo trong dầu, tạo thành một quả cầu gần như hoàn hảo. Thông qua việc tối ưu hóa chỉ số khúc xạ, chính giọt là một bộ cộng hưởng hình cầu hoàn hảo với hệ số chất lượng hơn 108. Nó cũng tránh được vấn đề bay hơi trong dầu. Đối với các giọt tương đối lớn, họ sẽ ngồi trên các bức tường phía trên hoặc dưới do sự khác biệt về mật độ. Loại giọt này chỉ có thể sử dụng chế độ kích thích bên.