რა არის მიკრო-ნანოფოტონიკა?

მიკრონანოფოტონიკა ძირითადად სწავლობს სინათლესა და მატერიას შორის ურთიერთქმედების კანონს მიკრო და ნანო მასშტაბში და მის გამოყენებას სინათლის გენერაციაში, გადაცემაში, რეგულირებაში, აღმოჩენასა და აღქმაში. მიკრონანოფოტონიკის ტალღის სიგრძის ქვესიგრძის მოწყობილობებს შეუძლიათ ეფექტურად გააუმჯობესონ ფოტონების ინტეგრაციის ხარისხი და მოსალოდნელია, რომ ფოტონური მოწყობილობები ინტეგრირდება მცირე ოპტიკურ ჩიპში, როგორიცაა ელექტრონული ჩიპები. ნანოზედაპირული პლაზმონიკა მიკრონანოფოტონიკის ახალი დარგია, რომელიც ძირითადად სწავლობს სინათლესა და მატერიას შორის ურთიერთქმედებას ლითონის ნანოსტრუქტურებში. მას ახასიათებს მცირე ზომა, მაღალი სიჩქარე და ტრადიციული დიფრაქციის ლიმიტის გადალახვა. ნანოპლაზმა-ტალღის გამტარი სტრუქტურა, რომელსაც აქვს კარგი ლოკალური ველის გაძლიერების და რეზონანსული ფილტრაციის მახასიათებლები, წარმოადგენს ნანოფილტრის, ტალღის სიგრძის გამყოფი მულტიპლექსორის, ოპტიკური გადამრთველის, ლაზერის და სხვა მიკრონანო ოპტიკური მოწყობილობების საფუძველს. ოპტიკური მიკროღრუები სინათლეს ზღუდავს მცირე რეგიონებში და მნიშვნელოვნად აძლიერებს სინათლესა და მატერიას შორის ურთიერთქმედებას. ამიტომ, მაღალი ხარისხის ფაქტორის მქონე ოპტიკური მიკროღრუ მაღალი მგრძნობელობის აღქმისა და აღმოჩენის მნიშვნელოვანი გზაა.

WGM მიკროღრუ

ბოლო წლებში ოპტიკურმა მიკროღრუებამ დიდი ყურადღება მიიპყრო მისი დიდი გამოყენების პოტენციალისა და სამეცნიერო მნიშვნელობის გამო. ოპტიკური მიკროღრუ ძირითადად შედგება მიკროსფეროსგან, მიკროსვეტისგან, მიკრორგოლისგან და სხვა გეომეტრიებისგან. ეს არის მორფოლოგიურად დამოკიდებული ოპტიკური რეზონატორის ერთგვარი სახეობა. მიკროღრუებში სინათლის ტალღები სრულად აირეკლება მიკროღრუების ინტერფეისზე, რაც იწვევს რეზონანსულ რეჟიმს, რომელსაც ჩურჩულით გალერეის რეჟიმი (WGM) ეწოდება. სხვა ოპტიკურ რეზონატორებთან შედარებით, მიკრორეზონატორებს აქვთ მაღალი Q მნიშვნელობის (106-ზე მეტი), დაბალი რეჟიმის მოცულობის, მცირე ზომის და მარტივი ინტეგრაციის და ა.შ. მახასიათებლები და გამოიყენება მაღალი მგრძნობელობის ბიოქიმიური ზონდირების, ულტრადაბალი ზღურბლის ლაზერისა და არაწრფივი მოქმედებისთვის. ჩვენი კვლევის მიზანია მიკროღრუების სხვადასხვა სტრუქტურისა და სხვადასხვა მორფოლოგიის მახასიათებლების პოვნა და შესწავლა და ამ ახალი მახასიათებლების გამოყენება. კვლევის ძირითადი მიმართულებებია: WGM მიკროღრუების ოპტიკური მახასიათებლების კვლევა, მიკროღრუების დამზადების კვლევა, მიკროღრუების გამოყენებითი კვლევა და ა.შ.

WGM მიკროღრუების ბიოქიმიური ზონდირება

ექსპერიმენტში, გაზომვისთვის გამოყენებული იქნა ოთხრიგიანი მაღალი რიგის WGM რეჟიმი M1 (სურ. 1(ა)). დაბალი რიგის რეჟიმთან შედარებით, მაღალი რიგის რეჟიმის მგრძნობელობა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა (სურ. 1(ბ)).

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

მაღალი Q მნიშვნელობის მქონე რეგულირებადი ოპტიკური ფილტრი

პირველ რიგში, რადიალურად ნელა ცვალებადი ცილინდრული მიკროღრუ იხსნება, შემდეგ კი ტალღის სიგრძის რეგულირება შესაძლებელია შეერთების პოზიციის მექანიკურად გადაადგილებით, რეზონანსული ტალღის სიგრძის გათვალისწინებით (სურათი 2 (ა)). რეგულირებადი მახასიათებლები და ფილტრაციის გამტარობა ნაჩვენებია ნახაზ 2 (ბ) და (გ)-ში. გარდა ამისა, მოწყობილობას შეუძლია ოპტიკური გადაადგილების სენსორების განხორციელება ნანომეტრზე ნაკლები სიზუსტით.

სურათი 2. რეგულირებადი ოპტიკური ფილტრის (ა), რეგულირებადი მახასიათებლების (ბ) და ფილტრის გამტარობის (გ) სქემატური დიაგრამა

WGM მიკროფლუიდური წვეთოვანი რეზონატორი

მიკროფლუიდურ ჩიპში, განსაკუთრებით ზეთში არსებული წვეთის შემთხვევაში (წვეთი ზეთში), ზედაპირული დაჭიმულობის მახასიათებლების გამო, ათობით ან თუნდაც ასეული მიკრონის დიამეტრისთვის, ის ზეთში შეჩერდება და თითქმის იდეალურ სფეროს შექმნის. გარდატეხის ინდექსის ოპტიმიზაციის გზით, წვეთი თავად წარმოადგენს იდეალურ სფერულ რეზონატორს 108-ზე მეტი ხარისხის კოეფიციენტით. ეს ასევე თავიდან აგარიდებთ ზეთში აორთქლების პრობლემას. შედარებით დიდი წვეთებისთვის, ისინი სიმკვრივის სხვაობის გამო „დაჯდებიან“ ზედა ან ქვედა გვერდით კედლებზე. ამ ტიპის წვეთს მხოლოდ გვერდითი აგზნების რეჟიმის გამოყენება შეუძლია.