La fotónica micro-nano estudia principalmente la interacción entre la luz y la materia a micro y nanoescala, y sus aplicaciones en la generación, transmisión, regulación, detección y sensado de luz. Los dispositivos sublongitud de onda de la fotónica micro-nano mejoran significativamente la integración de fotones, y se espera que permitan integrar dispositivos fotónicos en chips ópticos de pequeño tamaño, similares a los chips electrónicos. La plasmónica de nanosuperficies es un campo emergente de la fotónica micro-nano que estudia 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 nanoestructura de guía de ondas de plasma, con excelentes características de amplificación del campo local y filtrado por resonancia, es la base de nanofiltros, multiplexores por división de longitud de onda, interruptores ópticos, láseres y otros dispositivos ópticos micro-nano. Las microcavidades ópticas confinan la luz a regiones diminutas y mejoran notablemente la interacción entre la luz y la materia. Por lo tanto, las microcavidades ópticas con un alto factor de calidad son fundamentales para la detección y el sensado de alta sensibilidad.
microcavidad WGM
En los últimos años, las microcavidades ópticas han atraído gran atención debido a su enorme potencial de aplicación e importancia científica. Estas microcavidades se componen principalmente de microesferas, microcolumnas, microranillos y otras geometrías. Se trata de un tipo de resonador óptico cuya morfología depende de la forma. Las ondas de luz en las microcavidades se reflejan completamente en su interfaz, dando lugar a un modo de resonancia denominado modo de galería susurrante (WGM). En comparación con otros resonadores ópticos, los microresonadores presentan características como un alto factor Q (superior a 10⁶), un bajo volumen modal, un tamaño reducido y una fácil integración, entre otras, y se han aplicado a la detección bioquímica de alta sensibilidad, láseres de umbral ultrabajo y procesos no lineales. 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: el estudio de las características ópticas de las microcavidades WGM, la investigación sobre su fabricación y la investigación sobre sus aplicaciones.
detección bioquímica mediante microcavidades WGM
En el experimento, se utilizó el modo WGM de orden superior de cuarto orden 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 al índice de refracción (b).
Filtro óptico sintonizable con alto valor Q
En primer lugar, se extrae la microcavidad cilíndrica radial de variación lenta. Posteriormente, se logra el ajuste de la longitud de onda mediante el desplazamiento mecánico de la posición de acoplamiento, basado en el principio de relación forma-tamaño, desde 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 gota microfluídico WGM
En el chip microfluídico, especialmente para gotas en aceite, debido a las características de la tensión superficial, las gotas con diámetros de decenas o incluso cientos de micras se mantienen suspendidas 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. Esto también evita el problema de la evaporación en el aceite. Las gotas relativamente grandes tienden a asentarse en las paredes laterales superior o inferior debido a las diferencias de densidad. Este tipo de gota solo puede utilizarse en el modo de excitación lateral.
Fecha de publicación: 23 de octubre de 2023