რა არის მიკრონანო ფოტონიკა?

მიკრო-ნანო ფოტონიკა ძირითადად სწავლობს სინათლისა და მატერიის ურთიერთქმედების კანონს მიკრო და ნანო მასშტაბებში და მის გამოყენებას სინათლის წარმოქმნაში, გადაცემაში, რეგულირებაში, გამოვლენასა და ზონდირებაში. მიკრო-ნანო ფოტონიკის ქვეტალღის სიგრძის მოწყობილობებს შეუძლიათ ეფექტურად გააუმჯობესონ ფოტონების ინტეგრაციის ხარისხი და მოსალოდნელია ფოტონიკური მოწყობილობების ინტეგრირება მცირე ოპტიკურ ჩიპში, როგორიცაა ელექტრონული ჩიპები. ნანო-ზედაპირის პლაზმონიკა არის მიკრო-ნანო ფოტონიკის ახალი დარგი, რომელიც ძირითადად სწავლობს სინათლისა და მატერიის ურთიერთქმედებას ლითონის ნანოსტრუქტურებში. მას აქვს მცირე ზომის, მაღალი სიჩქარის და ტრადიციული დიფრაქციის ლიმიტის გადალახვის მახასიათებლები. ნანოპლაზმური ტალღოვანი სტრუქტურა, რომელსაც აქვს კარგი ადგილობრივი ველის გაძლიერება და რეზონანსული ფილტრაციის მახასიათებლები, არის ნანოფილტრის, ტალღის სიგრძის გაყოფის მულტიპლექსერის, ოპტიკური გადამრთველის, ლაზერის და სხვა მიკრო-ნანო ოპტიკური მოწყობილობების საფუძველი. ოპტიკური მიკროკავეტები ზღუდავს შუქს პატარა უბნებში და მნიშვნელოვნად აძლიერებს ურთიერთქმედებას შუქსა და მატერიას შორის. აქედან გამომდინარე, მაღალი ხარისხის ფაქტორებით ოპტიკური მიკროკავი არის მაღალი მგრძნობელობის ზონდირებისა და გამოვლენის მნიშვნელოვანი გზა.

WGM მიკროღრუბლა

ბოლო წლების განმავლობაში, ოპტიკურმა მიკროკავამ დიდი ყურადღება მიიპყრო მისი დიდი გამოყენების პოტენციალისა და სამეცნიერო მნიშვნელობის გამო. ოპტიკური მიკროქვა ძირითადად შედგება მიკროსფერული, მიკროსვეტი, მიკრორგოლი და სხვა გეომეტრიები. ეს არის ერთგვარი მორფოლოგიურად დამოკიდებული ოპტიკური რეზონატორი. სინათლის ტალღები მიკროკავიებში სრულად აისახება მიკროღრუბლის ინტერფეისზე, რის შედეგადაც წარმოიქმნება რეზონანსული რეჟიმი, რომელსაც ეწოდება ჩურჩულის გალერეის რეჟიმი (WGM). სხვა ოპტიკურ რეზონატორებთან შედარებით, მიკრორეზონატორებს აქვთ მაღალი Q მნიშვნელობის მახასიათებლები (106-ზე მეტი), დაბალი რეჟიმის მოცულობა, მცირე ზომა და მარტივი ინტეგრაცია და ა.შ. არაწრფივი მოქმედება. ჩვენი კვლევის მიზანია ვიპოვოთ და შევისწავლოთ სხვადასხვა სტრუქტურისა და მიკროკავის სხვადასხვა მორფოლოგიის მახასიათებლები და ამ ახალი მახასიათებლების გამოყენება. კვლევის ძირითად მიმართულებებს მიეკუთვნება: WGM მიკროღრუბლის ოპტიკური მახასიათებლების კვლევა, მიკროღრუბლის ფაბრიკაციული კვლევა, მიკროღრუბლის აპლიკაციური კვლევა და ა.შ.

WGM მიკრო ღრუს ბიოქიმიური ზონდირება

ექსპერიმენტში, ოთხი რიგის მაღალი რიგის WGM რეჟიმი M1 (სურათი 1(ა)) გამოიყენეს სენსორული გაზომვისთვის. დაბალი რიგის რეჟიმთან შედარებით, მაღალი რიგის რეჟიმის მგრძნობელობა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა (ნახ. 1(ბ)).

სურათი 1. მიკროკაპილარული ღრუს რეზონანსული რეჟიმი (ა) და მისი შესაბამისი რეფრაქციული ინდექსის მგრძნობელობა (ბ)

რეგულირებადი ოპტიკური ფილტრი მაღალი Q მნიშვნელობით

პირველ რიგში, რადიალური ნელა ცვალებადი ცილინდრული მიკროღრმული ამოღებულია, შემდეგ კი ტალღის სიგრძის რეგულირება შეიძლება მიღწეული იქნას დაწყვილების პოზიციის მექანიკური გადაადგილებით, ფორმის ზომის პრინციპის საფუძველზე, რეზონანსული ტალღის სიგრძიდან (სურათი 2 (ა)). რეგულირებადი შესრულება და ფილტრაციის გამტარუნარიანობა ნაჩვენებია სურათზე 2 (ბ) და (გ). გარდა ამისა, მოწყობილობას შეუძლია გააცნობიეროს ოპტიკური გადაადგილების ზონდირება ქვენანომეტრის სიზუსტით.

სურათი 2. რეგულირებადი ოპტიკური ფილტრის სქემატური დიაგრამა (a), რეგულირებადი შესრულება (b) და ფილტრის გამტარუნარიანობა (c)

WGM მიკროფლუიდური წვეთოვანი რეზონატორი

მიკროსთხევად ჩიპში, განსაკუთრებით ზეთში წვეთისთვის (წვეთები ზეთში), ზედაპირული დაძაბულობის მახასიათებლების გამო, ათეულობით ან თუნდაც ასობით მიკრონის დიამეტრით, ის შეჩერდება ზეთში და წარმოქმნის თითქმის სრულყოფილი სფერო. გარდატეხის ინდექსის ოპტიმიზაციის წყალობით, წვეთი თავისთავად არის სრულყოფილი სფერული რეზონატორი 108-ზე მეტი ხარისხის კოეფიციენტით. ის ასევე თავიდან აიცილებს ზეთში აორთქლების პრობლემას. შედარებით დიდი წვეთებისთვის, ისინი "იჯდებიან" ზედა ან ქვედა მხარეს კედლებზე სიმკვრივის განსხვავებების გამო. ამ ტიპის წვეთს შეუძლია გამოიყენოს მხოლოდ გვერდითი აგზნების რეჟიმი.