מהי מיקרו-ננו פוטוניקה?

מיקרו-ננו פוטוניקה חוקרת בעיקר את חוק האינטראקציה בין אור וחומר בקנה מידה מיקרו וננו ויישומו בייצור, העברה, ויסות, זיהוי וחישה של אור. התקני מיקרו-ננו פוטוניקה תת-גל יכולים לשפר ביעילות את מידת שילוב הפוטונים, והוא צפוי לשלב התקנים פוטוניים לתוך שבב אופטי קטן כמו שבבים אלקטרוניים. פלסמונית ננו-משטח היא תחום חדש של מיקרו-ננו פוטוניקה, החוקר בעיקר את האינטראקציה בין אור וחומר בננו-מבנים מתכתיים. יש לו מאפיינים של גודל קטן, מהירות גבוהה והתגברות על מגבלת העקיפה המסורתית. מבנה ננופלזמה-מוליך גל, בעל מאפיינים טובים של שיפור שדה מקומי וסינון תהודה, הוא הבסיס לננו-מסנן, מרבב חלוקת אורך גל, מתג אופטי, לייזר והתקנים אופטיים מיקרו-ננו אחרים. חללים מיקרו אופטיים מגבילים את האור לאזורים זעירים ומשפרים מאוד את האינטראקציה בין אור לחומר. לכן, החלל המיקרו-אופטי עם גורם איכות גבוה הוא דרך חשובה לחישה וזיהוי ברגישות גבוהה.

WGM microcavity

בשנים האחרונות, מיקרו-חלל אופטי משך תשומת לב רבה בשל פוטנציאל היישום הרב שלו ומשמעותו המדעית. המיקרו-חלל האופטי מורכב בעיקר ממיקרו-ספירה, מיקרו-עמודה, מיקרו-רינג וגיאומטריות אחרות. זהו סוג של מהוד אופטי תלוי מורפולוגי. גלי אור במיקרו-חללים מוחזרים במלואם בממשק המיקרו-חלל, וכתוצאה מכך מצב תהודה הנקרא מצב גלריה לוחשת (WGM). בהשוואה למהודים אופטיים אחרים, למיקרו-מהודים יש את המאפיינים של ערך Q גבוה (יותר מ-106), נפח מצב נמוך, גודל קטן ואינטגרציה קלה וכו', והם יושמו לחישה ביוכימית ברגישות גבוהה, לייזר עם סף נמוך במיוחד. פעולה לא ליניארית. מטרת המחקר שלנו היא למצוא וללמוד את המאפיינים של מבנים שונים ומורפולוגיות שונות של מיקרו-חללים, וליישם מאפיינים חדשים אלה. כיווני המחקר העיקריים כוללים: מחקר מאפיינים אופטיים של מיקרו-חלל WGM, מחקר ייצור של מיקרו-חלל, מחקר יישומי של מיקרו-חלל וכו'.

חישה ביוכימית של WGM מיקרו-חלל

בניסוי, נעשה שימוש במצב WGM מסדר גבוה M1(איור 1(א)) בדרגה גבוהה למדידה. בהשוואה למצב מסדר נמוך, הרגישות של מצב מסדר גבוה השתפרה מאוד (איור 1(ב)).

איור 1. מצב תהודה (א) של חלל המיקרו-קפילרי ורגישות מקדם השבירה המתאימה לו (ב)

מסנן אופטי מתכוונן עם ערך Q גבוה

ראשית, המיקרו-חלל הגלילי הרדיאלי המשתנה באיטיות נשלף החוצה, ולאחר מכן ניתן להשיג את כוונון אורך הגל על ​​ידי הזזה מכנית של מיקום הצימוד בהתבסס על עקרון גודל הצורה מאז אורך הגל התהודה (איור 2 (א)). הביצועים הניתנים לכוונון ורוחב הפס של הסינון מוצגים באיור 2 (ב) ו-(ג). בנוסף, המכשיר יכול לממש חישת תזוזה אופטית עם דיוק תת-ננומטר.

איור 2. דיאגרמה סכמטית של מסנן אופטי מתכוונן (א), ביצועים מתכווננים (ב) ורוחב פס מסנן (ג)

מהוד טיפה מיקרו-נוזל מסוג WGM

בשבב המיקרופלואידי, במיוחד עבור טיפת השמן (טיפה בתוך השמן), בשל מאפייני מתח הפנים, בקוטר של עשרות או אפילו מאות מיקרון, הוא יהיה תלוי בשמן ויוצר כמעט כדור מושלם. באמצעות אופטימיזציה של מקדם השבירה, הטיפה עצמה היא מהוד כדורי מושלם עם מקדם איכות של יותר מ 108. הוא גם מונע את בעיית האידוי בשמן. עבור טיפות גדולות יחסית, הן "יישבו" על הקירות הצדדיים העליונים או התחתונים עקב הפרשי צפיפות. טיפה מסוג זה יכולה להשתמש רק במצב עירור לרוחב.