La microfotónica y la nanofotónica estudian principalmente la ley de interacción entre la luz y la materia a micro y nanoescala, así como su aplicación en la generación, transmisión, regulación, detección y sensado de luz. Los dispositivos sublongitudinales de la microfotónica y la nanofotónica mejoran eficazmente el grado de integración de fotones, y se espera que integren dispositivos fotónicos en un pequeño chip óptico, similar a los chips electrónicos. La plasmónica de nanosuperficies es un nuevo campo de la microfotónica y la nanofotónica que estudia principalmente la interacción entre la luz y la materia en nanoestructuras metálicas. Se caracteriza por su pequeño tamaño, alta velocidad y la superación del límite de difracción tradicional. La estructura de guía de ondas de nanoplasma, que posee 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 ópticos micro-nano. Las microcavidades ópticas confinan la luz a regiones diminutas y mejoran considerablemente la interacción entre la luz y la materia. Por lo tanto, la microcavidad óptica con un alto factor de calidad es fundamental para la detección y el sensado de alta sensibilidad.
microcavidad WGM
En los últimos años, las microcavidades ópticas han atraído mucha atención debido a su gran potencial de aplicación y su importancia científica. Las microcavidades ópticas se componen principalmente de microesferas, microcolumnas, microranillos y otras geometrías. Son un tipo de resonador óptico dependiente de la morfología. Las ondas de luz en las microcavidades se reflejan completamente en la interfaz de la microcavidad, lo que da como resultado un modo de resonancia llamado modo de galería susurrante (WGM). En comparación con otros resonadores ópticos, los microresonadores tienen características como un alto factor Q (superior a 10⁶), un bajo volumen modal, un tamaño pequeño y una fácil integración, entre otras, 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 microcavidades, y aplicar estas nuevas características. Las principales líneas de investigación incluyen: investigación de las características ópticas de las microcavidades WGM, investigación de la fabricación de microcavidades, investigación de las aplicaciones de microcavidades, etc.
Detección bioquímica mediante microcavidades WGM
En el experimento, se utilizó el modo WGM de orden superior de cuatro órdenes 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 notablemente (FIG. 1(b)).
Figura 1. Modo de resonancia (a) de la cavidad microcapilar y su correspondiente sensibilidad al índice de refracción (b).
Filtro óptico sintonizable con alto valor Q
En primer lugar, se extrae la microcavidad cilíndrica radial de variación lenta, y a continuación se puede ajustar la longitud de onda moviendo mecánicamente la posición de acoplamiento según el principio de tamaño de forma, a partir de la longitud de onda resonante (Figura 2 (a)). El rendimiento de ajuste y el ancho de banda de filtrado se muestran en las Figuras 2 (b) y (c). Además, el dispositivo permite la detección de desplazamiento óptico con precisión subnanométrica.
Figura 2. Diagrama esquemático del filtro óptico sintonizable (a), rendimiento de sintonización (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, debido a las características de la tensión superficial, para diámetros de decenas o incluso cientos de micras, estas se suspenden en el aceite, formando una esfera casi perfecta. Mediante la optimización del índice de refracción, la gota se convierte en un resonador esférico perfecto con un factor de calidad superior a 10⁸. Además, se evita el problema de la evaporación en el aceite. Para gotas relativamente grandes, estas se posan sobre las paredes laterales superior o inferior debido a las diferencias de densidad. Este tipo de gota solo puede utilizar el modo de excitación lateral.
Fecha de publicación: 23 de octubre de 2023