La micronanofotónica estudia principalmente la ley de interacción entre la luz y la materia a escala micro y nanométrica, y su aplicación en la generación, transmisión, regulación, detección y sensado de luz. Los dispositivos micronanofotónicos de longitud de onda inferior pueden mejorar eficazmente el grado de integración de fotones, y se espera que integren dispositivos fotónicos en chips ópticos pequeños, como los chips electrónicos. La nanoplasmónica superficial es un nuevo campo de la micronanofotónica que estudia principalmente la interacción entre la luz y la materia en nanoestructuras metálicas. Se caracteriza por su pequeño tamaño, alta velocidad y por superar el límite de difracción tradicional. La estructura de guía de onda de nanoplasma, con buenas características de mejora del campo local y filtrado por resonancia, es la base de nanofiltros, multiplexores por división de longitud de onda, conmutadores ópticos, láseres y otros dispositivos micronanoópticos. Las microcavidades ópticas confinan la luz a regiones diminutas y mejoran considerablemente la interacción entre la luz y la materia. Por lo tanto, una microcavidad óptica con un alto factor de calidad es un método importante para la sensado y detección de alta sensibilidad.
Microcavidad WGM
En los últimos años, la microcavidad óptica ha atraído mucha atención debido a su gran potencial de aplicación e importancia científica. La microcavidad óptica se compone principalmente de microesferas, microcolumnas, microanillos y otras geometrías. Es un tipo de resonador óptico morfológicamente dependiente. Las ondas de luz en las microcavidades se reflejan completamente en su interfaz, lo que genera un modo de resonancia denominado modo de galería susurrante (WGM). En comparación con otros resonadores ópticos, los microrresonadores se caracterizan por un alto valor Q (superior a 10⁻), bajo volumen de modo, tamaño reducido y fácil integración, entre otras características, y se han aplicado a la detección bioquímica de alta sensibilidad, láseres de umbral ultrabajo y acción no lineal. Nuestro objetivo de investigación es encontrar y estudiar las características de diferentes estructuras y morfologías de las microcavidades, y aplicar estas nuevas características. Las principales líneas de investigación incluyen: investigación de las características ópticas de la microcavidad WGM, investigación sobre la fabricación de microcavidades, investigación sobre aplicaciones de microcavidades, etc.
Detección bioquímica de microcavidades WGM
En el experimento, se utilizó el modo WGM de cuatro órdenes de orden superior M1 (Fig. 1(a)) para la medición de detección. En comparación con el modo de orden inferior, la sensibilidad del modo de orden superior mejoró considerablemente (Fig. 1(b)).
Figura 1. Modo de resonancia (a) de la cavidad microcapilar y su correspondiente sensibilidad del índice de refracción (b)
Filtro óptico sintonizable con alto valor Q
Primero, se extrae la microcavidad cilíndrica radial de cambio lento, y luego se ajusta la longitud de onda moviendo mecánicamente la posición de acoplamiento, según el principio del tamaño de la forma, desde la longitud de onda resonante (Figura 2 (a)). El rendimiento ajustable y el ancho de banda de filtrado se muestran en las Figuras 2 (b) y (c). Además, el dispositivo puede realizar detección de desplazamiento óptico con precisión subnanométrica.
Figura 2. Diagrama esquemático del filtro óptico sintonizable (a), rendimiento sintonizable (b) y ancho de banda del filtro (c)
Resonador de gotas microfluídicas WGM
En el chip microfluídico, especialmente en el caso de las gotas en aceite (gotas en aceite), debido a las características de la tensión superficial, con un diámetro de decenas o incluso cientos de micras, estas se suspenden en el aceite, formando una esfera casi perfecta. Gracias a la optimización del índice de refracción, la gota en sí misma constituye un resonador esférico perfecto con un factor de calidad superior a 108. Esto también evita el problema de la evaporación en el aceite. Las gotas relativamente grandes se asientan en las paredes laterales superior o inferior debido a las diferencias de densidad. Este tipo de gota solo puede utilizar el modo de excitación lateral.
Hora de publicación: 23 de octubre de 2023