Mikro-nano fotonik, esas olarak mikro ve nano ölçekte ışık ve madde arasındaki etkileşim yasasını ve bunun ışık üretimi, iletimi, düzenlenmesi, tespiti ve algılanmasındaki uygulamalarını inceler. Mikro-nano fotonik alt dalga boyu cihazları, foton entegrasyon derecesini etkili bir şekilde iyileştirebilir ve fotonik cihazların elektronik çipler gibi küçük optik çiplere entegre edilmesi beklenmektedir. Nano-yüzey plazmoniği, esas olarak metal nanoyapılarda ışık ve madde arasındaki etkileşimi inceleyen yeni bir mikro-nano fotonik alanıdır. Küçük boyut, yüksek hız ve geleneksel kırınım sınırını aşma özelliklerine sahiptir. İyi yerel alan güçlendirme ve rezonans filtreleme özelliklerine sahip nanoplazma-dalga kılavuzu yapısı, nano filtre, dalga boyu bölmeli çoklayıcı, optik anahtar, lazer ve diğer mikro-nano optik cihazların temelini oluşturur. Optik mikro boşluklar, ışığı küçük bölgelere hapseder ve ışık ile madde arasındaki etkileşimi büyük ölçüde artırır. Bu nedenle, yüksek kalite faktörüne sahip optik mikro boşluk, yüksek hassasiyetli algılama ve tespit için önemli bir yöntemdir.
WGM mikro boşluğu
Son yıllarda, optik mikro boşluklar, büyük uygulama potansiyeli ve bilimsel önemi nedeniyle büyük ilgi görmüştür. Optik mikro boşluklar esas olarak mikro küre, mikro sütun, mikro halka ve diğer geometrilerden oluşur. Morfolojiye bağlı bir optik rezonatör türüdür. Mikro boşluklardaki ışık dalgaları, mikro boşluk arayüzünde tamamen yansıtılır ve fısıltı galerisi modu (WGM) adı verilen bir rezonans modu oluşturur. Diğer optik rezonatörlerle karşılaştırıldığında, mikro rezonatörler yüksek Q değeri (10⁶'dan büyük), düşük mod hacmi, küçük boyut ve kolay entegrasyon gibi özelliklere sahiptir ve yüksek hassasiyetli biyokimyasal algılama, ultra düşük eşik değerli lazer ve doğrusal olmayan etki uygulamalarında kullanılmıştır. Araştırma hedefimiz, mikro boşlukların farklı yapılarının ve farklı morfolojilerinin özelliklerini bulmak ve incelemek ve bu yeni özellikleri uygulamaktır. Ana araştırma yönleri şunlardır: WGM mikro boşluğunun optik özelliklerinin araştırılması, mikro boşluğun üretim araştırması, mikro boşluğun uygulama araştırması vb.
WGM mikro boşluklu biyokimyasal algılama
Deneyde, algılama ölçümü için dördüncü dereceden yüksek dereceli WGM modu M1 (Şekil 1(a)) kullanıldı. Düşük dereceli modla karşılaştırıldığında, yüksek dereceli modun hassasiyeti büyük ölçüde iyileştirildi (Şekil 1(b)).
Şekil 1. Mikrokapiller boşluğun rezonans modu (a) ve buna karşılık gelen kırılma indisi duyarlılığı (b)
Yüksek Q değerine sahip ayarlanabilir optik filtre
Öncelikle, radyal olarak yavaşça değişen silindirik mikro boşluk dışarı çekilir ve daha sonra rezonans dalga boyundan (Şekil 2 (a)) yola çıkarak şekil-boyut prensibine göre bağlantı pozisyonunun mekanik olarak hareket ettirilmesiyle dalga boyu ayarı gerçekleştirilebilir. Ayarlanabilir performans ve filtreleme bant genişliği Şekil 2 (b) ve (c)'de gösterilmiştir. Ayrıca, cihaz nanometre altı doğrulukta optik yer değiştirme algılama gerçekleştirebilir.
Şekil 2. Ayarlanabilir optik filtrenin şematik diyagramı (a), ayarlanabilir performans (b) ve filtre bant genişliği (c)
WGM mikroakışkan damla rezonatörü
Mikroakışkan çipte, özellikle yağ içindeki damlacıklar (yağ içindeki damlacık), yüzey geriliminin özellikleri nedeniyle, onlarca hatta yüzlerce mikron çapındaki damlacıklar yağda asılı kalır ve neredeyse mükemmel bir küre oluşturur. Kırılma indeksinin optimizasyonu sayesinde, damlacığın kendisi 108'den fazla kalite faktörüne sahip mükemmel bir küresel rezonatördür. Ayrıca yağda buharlaşma sorununu da önler. Nispeten büyük damlacıklar ise yoğunluk farklılıkları nedeniyle üst veya alt yan duvarlara "oturur". Bu tip damlacıklar yalnızca yanal uyarım modunu kullanabilir.
Yayın tarihi: 23 Ekim 2023