რა არის მიკრო-ნანო ფოტონიკა?

მიკრო-ნანო ფოტონიკა ძირითადად სწავლობს მიკრო და ნანოს მასშტაბით სინათლესა და მატერიას შორის ურთიერთქმედების კანონს და მის გამოყენებას მსუბუქი თაობის, ტრანსმისიის, რეგულირების, გამოვლენის და შეგრძნებით. მიკრო-ნანო ფოტონიკის ქვე-ტალღის სიგრძის მოწყობილობებს შეუძლიათ ეფექტურად გააუმჯობესონ ფოტონის ინტეგრაციის ხარისხი და, სავარაუდოდ, ფოტონური მოწყობილობების ინტეგრირება მცირე ოპტიკურ ჩიპში, როგორიცაა ელექტრონული ჩიპები. ნანო-ზედაპირული პლაზმონიკა არის მიკრო-ნანოს ფოტონიკის ახალი სფერო, რომელიც ძირითადად სწავლობს ლითონის ნანოსტრუქტურებში სინათლესა და მატერიას შორის ურთიერთქმედებას. მას აქვს მცირე ზომის, მაღალი სიჩქარის მახასიათებლები და ტრადიციული დიფრაქციის ლიმიტის დაძლევა. ნანოპლაზმას-ტალღოვანი სტრუქტურა, რომელსაც აქვს ადგილობრივი საველე საველე გაუმჯობესება და რეზონანსული ფილტრაციის მახასიათებლები, წარმოადგენს ნანო-ფილტრის, ტალღის სიგრძის განყოფილების მულტიპლექსორის, ოპტიკური შეცვლის, ლაზერის და სხვა მიკრო-ნანო ოპტიკური მოწყობილობების საფუძველს. ოპტიკური მიკროტალღები შრომას ასრულებენ მცირე რეგიონებში და მნიშვნელოვნად აძლიერებენ ურთიერთქმედებას შუქსა და მატერიას შორის. აქედან გამომდინარე, მაღალი ხარისხის ფაქტორით ოპტიკური მიკროტალურობა მაღალი მგრძნობელობის შეგრძნების და გამოვლენის მნიშვნელოვანი გზაა.

WGM მიკროავტულობა

ბოლო წლების განმავლობაში, ოპტიკურმა მიკროტალობამ დიდი ყურადღება მიიპყრო მისი დიდი გამოყენების პოტენციალისა და სამეცნიერო მნიშვნელობის გამო. ოპტიკური მიკროტალღური ძირითადად შედგება მიკროსფეროს, მიკროკოლუმის, მიკრორილიზაციისა და სხვა გეომეტრიისგან. ეს არის ერთგვარი მორფოლოგიური დამოკიდებული ოპტიკური რეზონატორი. მიკროტალღებში მსუბუქი ტალღები სრულად აისახება მიკროკავტის ინტერფეისში, რის შედეგადაც რეზონანსული რეჟიმი ეწოდება Whispering Gallery Mode (WGM). სხვა ოპტიკურ რეზონატორებთან შედარებით, მიკრორესონატორებს აქვთ მაღალი Q მნიშვნელობის მახასიათებლები (106-ზე მეტი), დაბალი რეჟიმის მოცულობა, მცირე ზომა და მარტივი ინტეგრაცია და ა.შ., და გამოყენებულია მაღალი მგრძნობელობის ბიოქიმიური შეგრძნება, ულტრა დაბალი ბარიერი ლაზერული და არაწრფივი მოქმედება. ჩვენი კვლევის მიზანია იპოვოთ და შეისწავლოს სხვადასხვა სტრუქტურების მახასიათებლები და მიკროტალღების სხვადასხვა მორფოლოგია და გამოიყენოს ეს ახალი მახასიათებლები. ძირითადი კვლევის მიმართულებები მოიცავს: WGM მიკროტალღის ოპტიკური მახასიათებლების კვლევას, მიკროკავტულობის ფაბრიკაციის კვლევას, მიკროტალღის გამოყენების კვლევას და ა.შ.

WGM Microcavity ბიოქიმიური ზონდირება

ექსპერიმენტში, ოთხჯერადი მაღალი დონის WGM რეჟიმი M1 (ნახ. 1 (ა)) გამოყენებული იქნა გაზომვისთვის. დაბალი დონის რეჟიმთან შედარებით, მაღალი დონის რეჟიმის მგრძნობელობა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა (ნახ. 1 (ბ)).

სურათი 1. მიკროკაფილარული ღრუში რეზონანსული რეჟიმი (ა) და მისი შესაბამისი რეფრაქციული ინდექსის მგრძნობელობა (ბ)

Tunable ოპტიკური ფილტრი მაღალი Q მნიშვნელობით

პირველი, რადიალური ნელა ცვალებადი ცილინდრული მიკროტალუტის ამოღება ხდება, შემდეგ კი ტალღის სიგრძის შერწყმა შეიძლება მიიღოთ დაწყვილების პოზიციის მექანიკურად გადაადგილებით ფორმის ზომის პრინციპის საფუძველზე, რეზონანსული ტალღის სიგრძის შემდეგ (სურათი 2 (ა)). Tunable შესრულება და ფილტრაციის გამტარობა ნაჩვენებია ნახაზში 2 (ბ) და (გ). გარდა ამისა, მოწყობილობას შეუძლია გააცნობიეროს ოპტიკური გადაადგილების შეგრძნება ქვე-ნანომეტრის სიზუსტით.

სურათი 2. Tunable ოპტიკური ფილტრის (A), Tunable Performance (B) და ფილტრის გამტარობის სქემატური დიაგრამა (C)

WGM მიკროფლუიდული ვარდნის რეზონატორი

მიკროფლუიდულ ჩიპში, განსაკუთრებით ზეთის წვეთისთვის (წვეთოვანი შიდა ზეთი), ზედაპირული დაძაბულობის მახასიათებლების გამო, ათეულობით ან თუნდაც ასობით მიკრონის დიამეტრისთვის, იგი შეჩერდება ზეთში, ქმნის თითქმის სრულყოფილ სფეროს. რეფრაქციული ინდექსის ოპტიმიზაციის გზით, წვეთი თავისთავად არის სრულყოფილი სფერული რეზონატორი, რომლის ხარისხიანი ფაქტორი 108 -ზე მეტია. ის ასევე თავიდან აიცილებს ზეთში აორთქლების პრობლემას. შედარებით დიდი წვეთებისთვის, ისინი "იჯდებიან" ზედა ან ქვედა მხარეს კედლებზე სიმკვრივის განსხვავებების გამო. ამ ტიპის წვეთი შეგიძლიათ გამოიყენოთ მხოლოდ გვერდითი აგზნების რეჟიმი.