ما هي الضوئيات ميكرو نانو؟

تدرس الضوئيات الدقيقة النانوية بشكل أساسي قانون التفاعل بين الضوء والمادة على المستوى الجزئي والنانو وتطبيقه في توليد الضوء ونقله وتنظيمه وكشفه واستشعاره. يمكن للأجهزة ذات الطول الموجي الفرعي للضوئيات الدقيقة النانوية أن تحسن بشكل فعال درجة تكامل الفوتون، ومن المتوقع أن تدمج الأجهزة الضوئية في شريحة ضوئية صغيرة مثل الرقائق الإلكترونية. البلازمونات السطحية النانوية هي مجال جديد من الضوئيات النانوية الدقيقة، والذي يدرس بشكل أساسي التفاعل بين الضوء والمادة في الهياكل النانوية المعدنية. يتميز بخصائص الحجم الصغير والسرعة العالية والتغلب على حد الحيود التقليدي. هيكل الدليل الموجي النانوبلازما، الذي يتمتع بخصائص جيدة لتعزيز المجال المحلي وتصفية الرنين، هو أساس مرشح النانو، ومضاعف تقسيم الطول الموجي، والمفاتيح الضوئية، والليزر وغيرها من الأجهزة البصرية النانوية الدقيقة. تحصر التجاويف الدقيقة الضوئية الضوء في مناطق صغيرة وتعزز بشكل كبير التفاعل بين الضوء والمادة. لذلك، يعد التجويف الدقيق البصري ذو عامل الجودة العالي وسيلة مهمة للاستشعار والكشف عالي الحساسية.

تجويف صغير WGM

في السنوات الأخيرة، اجتذب التجويف الدقيق البصري الكثير من الاهتمام نظرًا لإمكاناته التطبيقية الكبيرة وأهميته العلمية. يتكون التجويف الدقيق البصري بشكل أساسي من كرة مجهرية وعمود دقيق وحلقة ميكروية وأشكال هندسية أخرى. إنه نوع من الرنان البصري المعتمد على المورفولوجية. تنعكس موجات الضوء الموجودة في التجاويف الدقيقة بشكل كامل على واجهة التجاويف الدقيقة، مما يؤدي إلى وضع الرنين الذي يسمى وضع معرض الهمس (WGM). بالمقارنة مع الرنانات الضوئية الأخرى، تتميز المرنانات الدقيقة بخصائص قيمة Q العالية (أكبر من 106)، وحجم الوضع المنخفض، والحجم الصغير والتكامل السهل، وما إلى ذلك، وقد تم تطبيقها على الاستشعار الكيميائي الحيوي عالي الحساسية، والليزر ذو العتبة المنخفضة للغاية و عمل غير خطي هدفنا البحثي هو إيجاد ودراسة خصائص الهياكل المختلفة والتشكلات المختلفة للتجاويف الدقيقة، وتطبيق هذه الخصائص الجديدة. تشمل اتجاهات البحث الرئيسية ما يلي: بحث الخصائص البصرية للتجويف الدقيق WGM، وأبحاث تصنيع التجاويف الدقيقة، وأبحاث تطبيق التجاويف الدقيقة، وما إلى ذلك.

WGM الاستشعار عن الكيمياء الحيوية الدقيقة

في التجربة، تم استخدام وضع WGM عالي الترتيب M1 (الشكل 1 (أ)) لقياس الاستشعار. بالمقارنة مع وضع الترتيب المنخفض، تم تحسين حساسية وضع الترتيب العالي بشكل كبير (الشكل 1 (ب)).

الشكل 1. وضع الرنين (أ) للتجويف الشعري الدقيق وحساسية معامل الانكسار المقابلة له (ب)

مرشح بصري قابل للضبط بقيمة Q عالية

أولاً، يتم سحب التجويف الدقيق الأسطواني الشعاعي الذي يتغير ببطء، ومن ثم يمكن تحقيق ضبط الطول الموجي عن طريق تحريك موضع الاقتران ميكانيكيًا استنادًا إلى مبدأ حجم الشكل منذ طول موجة الرنين (الشكل 2 (أ)). يظهر الأداء القابل للضبط وعرض النطاق الترددي للتصفية في الشكل 2 (ب) و (ج). بالإضافة إلى ذلك، يمكن للجهاز تحقيق استشعار الإزاحة البصرية بدقة أقل من نانومتر.

الشكل 2. رسم تخطيطي للمرشح البصري القابل للضبط (أ)، والأداء القابل للضبط (ب) وعرض النطاق الترددي للمرشح (ج)

WGM مرنان إسقاط ميكروفلويديك

في شريحة ميكروفلويديك، وخاصة بالنسبة للقطرة في الزيت (قطرة في الزيت)، بسبب خصائص التوتر السطحي، لقطر عشرات أو حتى مئات الميكرونات، سيتم تعليقها في الزيت، وتشكيل ما يقرب من المجال المثالي. من خلال تحسين معامل الانكسار، تصبح القطرة نفسها مرنانًا كرويًا مثاليًا بعامل جودة يزيد عن 108. كما أنها تتجنب مشكلة تبخر الزيت. بالنسبة للقطرات الكبيرة نسبيًا، فإنها "تجلس" على الجدران الجانبية العلوية أو السفلية بسبب اختلافات الكثافة. يمكن لهذا النوع من القطرات استخدام وضع الإثارة الجانبية فقط.