La micro-nanophotonique étudie principalement les lois d'interaction entre la lumière et la matière à l'échelle micro et nano, ainsi que leurs applications à la génération, la transmission, la régulation, la détection et la détection de la lumière. Les dispositifs micro-nanophotoniques sub-longueur d'onde peuvent améliorer efficacement le degré d'intégration des photons et devraient permettre l'intégration de dispositifs photoniques dans de petites puces optiques, comme les puces électroniques. La nanoplasmonique de surface est un nouveau domaine de la micro-nanophotonique, qui étudie principalement l'interaction entre la lumière et la matière dans des nanostructures métalliques. Elle se caractérise par sa petite taille, sa grande vitesse et le dépassement de la limite de diffraction traditionnelle. La structure nanoplasma-guide d'ondes, qui présente de bonnes caractéristiques d'amélioration du champ local et de filtrage par résonance, est à la base des nanofiltres, multiplexeurs en longueur d'onde, commutateurs optiques, lasers et autres dispositifs micro-nanooptiques. Les microcavités optiques confinent la lumière dans des zones minuscules et améliorent considérablement l'interaction entre la lumière et la matière. Par conséquent, une microcavité optique à facteur de qualité élevé constitue un moyen important de détection haute sensibilité.
Microcavité WGM
Ces dernières années, la microcavité optique a suscité un vif intérêt en raison de son potentiel d'application considérable et de son importance scientifique. Elle est principalement constituée de microsphères, de microcolonnes, de microanneaux et d'autres géométries. Il s'agit d'un résonateur optique morphologiquement dépendant. Les ondes lumineuses dans les microcavités sont entièrement réfléchies à l'interface, créant un mode de résonance appelé mode de galerie chuchotée (WGM). Comparés aux autres résonateurs optiques, les microrésonateurs se caractérisent par un facteur Q élevé (supérieur à 106), un faible volume de mode, une taille compacte et une intégration aisée. Ils ont été utilisés pour la détection biochimique haute sensibilité, les lasers à seuil ultra-bas et l'action non linéaire. Notre objectif de recherche est d'identifier et d'étudier les caractéristiques des différentes structures et morphologies des microcavités, et d'appliquer ces nouvelles caractéristiques. Les principaux axes de recherche comprennent : la recherche sur les caractéristiques optiques des microcavités WGM, la recherche sur la fabrication des microcavités, la recherche sur les applications des microcavités, etc.
Détection biochimique par microcavité WGM
Dans l'expérience, le mode WGM d'ordre élevé à quatre ordres M1 (FIG. 1(a)) a été utilisé pour la mesure de détection. Comparée au mode d'ordre faible, la sensibilité du mode d'ordre élevé a été considérablement améliorée (FIG. 1(b)).
Figure 1. Mode de résonance (a) de la cavité microcapillaire et sensibilité de son indice de réfraction correspondant (b)
Filtre optique accordable avec une valeur Q élevée
Tout d'abord, la microcavité cylindrique à variation radiale lente est extraite, puis le réglage de la longueur d'onde est obtenu en déplaçant mécaniquement la position de couplage selon le principe de la forme et de la taille, en fonction de la longueur d'onde de résonance (Figure 2 (a)). Les performances réglables et la bande passante de filtrage sont présentées dans les Figures 2 (b) et (c). De plus, le dispositif permet une détection de déplacement optique avec une précision inférieure au nanomètre.
Figure 2. Schéma du filtre optique accordable (a), des performances accordables (b) et de la bande passante du filtre (c)
Résonateur à goutte microfluidique WGM
Dans la puce microfluidique, en particulier pour les gouttelettes dans l'huile, en raison des caractéristiques de tension superficielle, pour un diamètre de quelques dizaines, voire centaines de microns, elles seront suspendues dans l'huile, formant une sphère presque parfaite. Grâce à l'optimisation de l'indice de réfraction, la goutte elle-même constitue un résonateur sphérique parfait avec un facteur de qualité supérieur à 108. Cela évite également le problème d'évaporation dans l'huile. Les gouttelettes relativement grosses se « déposent » sur les parois latérales supérieures ou inférieures en raison des différences de densité. Ce type de gouttelette ne peut utiliser que le mode d'excitation latérale.
Date de publication : 23 octobre 2023