మైక్రో-నానో ఫోటోనిక్స్ అంటే ఏమిటి?

మైక్రో-నానో ఫోటోనిక్స్ ప్రధానంగా సూక్ష్మ మరియు నానో స్కేల్‌లో కాంతి మరియు పదార్థం మధ్య పరస్పర చర్య యొక్క నియమాన్ని మరియు కాంతి ఉత్పత్తి, ప్రసారం, నియంత్రణ, గుర్తింపు మరియు సెన్సింగ్‌లో దాని అనువర్తనాన్ని అధ్యయనం చేస్తుంది. మైక్రో-నానో ఫోటోనిక్స్ ఉప-తరంగదైర్ఘ్య పరికరాలు ఫోటాన్ ఏకీకరణ స్థాయిని సమర్థవంతంగా మెరుగుపరుస్తాయి మరియు ఇది ఫోటోనిక్ పరికరాలను ఎలక్ట్రానిక్ చిప్‌ల వంటి చిన్న ఆప్టికల్ చిప్‌లో అనుసంధానించాలని భావిస్తున్నారు. నానో-సర్ఫేస్ ప్లాస్మోనిక్స్ అనేది మైక్రో-నానో ఫోటోనిక్స్ యొక్క కొత్త రంగం, ఇది ప్రధానంగా లోహ నానోస్ట్రక్చర్‌లలో కాంతి మరియు పదార్థం మధ్య పరస్పర చర్యను అధ్యయనం చేస్తుంది. ఇది చిన్న పరిమాణం, అధిక వేగం మరియు సాంప్రదాయ వివర్తన పరిమితిని అధిగమించడం వంటి లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. మంచి స్థానిక క్షేత్ర మెరుగుదల మరియు ప్రతిధ్వని వడపోత లక్షణాలను కలిగి ఉన్న నానోప్లాస్మా-వేవ్‌గైడ్ నిర్మాణం, నానో-ఫిల్టర్, తరంగదైర్ఘ్య విభజన మల్టీప్లెక్సర్, ఆప్టికల్ స్విచ్, లేజర్ మరియు ఇతర మైక్రో-నానో ఆప్టికల్ పరికరాలకు ఆధారం. ఆప్టికల్ మైక్రోకావిటీలు కాంతిని చిన్న ప్రాంతాలకు పరిమితం చేస్తాయి మరియు కాంతి మరియు పదార్థం మధ్య పరస్పర చర్యను బాగా పెంచుతాయి. అందువల్ల, అధిక నాణ్యత కారకంతో ఆప్టికల్ మైక్రోకావిటీ అధిక సున్నితత్వ సెన్సింగ్ మరియు గుర్తింపుకు ఒక ముఖ్యమైన మార్గం.

WGM మైక్రోకావిటీ

ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, ఆప్టికల్ మైక్రోకావిటీ దాని గొప్ప అనువర్తన సామర్థ్యం మరియు శాస్త్రీయ ప్రాముఖ్యత కారణంగా చాలా దృష్టిని ఆకర్షించింది. ఆప్టికల్ మైక్రోకావిటీ ప్రధానంగా మైక్రోస్పియర్, మైక్రోకాలమ్, మైక్రోరింగ్ మరియు ఇతర జ్యామితిలను కలిగి ఉంటుంది. ఇది ఒక రకమైన పదనిర్మాణ ఆధారిత ఆప్టికల్ రెసొనేటర్. మైక్రోకావిటీలలోని కాంతి తరంగాలు మైక్రోకావిటీ ఇంటర్‌ఫేస్‌లో పూర్తిగా ప్రతిబింబిస్తాయి, ఫలితంగా విస్పరింగ్ గ్యాలరీ మోడ్ (WGM) అని పిలువబడే ప్రతిధ్వని మోడ్ ఏర్పడుతుంది. ఇతర ఆప్టికల్ రెసొనేటర్‌లతో పోలిస్తే, మైక్రోకావిటీలు అధిక Q విలువ (106 కంటే ఎక్కువ), తక్కువ మోడ్ వాల్యూమ్, చిన్న పరిమాణం మరియు సులభమైన ఏకీకరణ మొదలైన లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి మరియు అధిక-సున్నితత్వ జీవరసాయన సెన్సింగ్, అల్ట్రా-తక్కువ థ్రెషోల్డ్ లేజర్ మరియు నాన్‌లీనియర్ చర్యకు వర్తింపజేయబడ్డాయి. మా పరిశోధన లక్ష్యం వివిధ నిర్మాణాలు మరియు సూక్ష్మకావిటీల యొక్క విభిన్న స్వరూపాల లక్షణాలను కనుగొని అధ్యయనం చేయడం మరియు ఈ కొత్త లక్షణాలను వర్తింపజేయడం. ప్రధాన పరిశోధన దిశలలో ఇవి ఉన్నాయి: WGM సూక్ష్మకావిటీ యొక్క ఆప్టికల్ లక్షణాల పరిశోధన, సూక్ష్మకావిటీ యొక్క తయారీ పరిశోధన, సూక్ష్మకావిటీ యొక్క అప్లికేషన్ పరిశోధన మొదలైనవి.

WGM మైక్రోకావిటీ బయోకెమికల్ సెన్సింగ్

ప్రయోగంలో, సెన్సింగ్ కొలత కోసం నాలుగు-ఆర్డర్ హై-ఆర్డర్ WGM మోడ్ M1(FIG. 1(a)) ఉపయోగించబడింది. తక్కువ-ఆర్డర్ మోడ్‌తో పోలిస్తే, అధిక-ఆర్డర్ మోడ్ యొక్క సున్నితత్వం బాగా మెరుగుపడింది (FIG. 1(b)).

చిత్రం 1. మైక్రోకేపిల్లరీ కుహరం యొక్క ప్రతిధ్వని మోడ్ (a) మరియు దాని సంబంధిత వక్రీభవన సూచిక సున్నితత్వం (b)

అధిక Q విలువతో ట్యూన్ చేయగల ఆప్టికల్ ఫిల్టర్

ముందుగా, రేడియల్ నెమ్మదిగా మారుతున్న స్థూపాకార సూక్ష్మ కుహరం బయటకు తీయబడుతుంది, ఆపై ప్రతిధ్వని తరంగదైర్ఘ్యం నుండి ఆకార పరిమాణం యొక్క సూత్రం ఆధారంగా కలపడం స్థానాన్ని యాంత్రికంగా తరలించడం ద్వారా తరంగదైర్ఘ్య ట్యూనింగ్ సాధించవచ్చు (మూర్తి 2 (ఎ)). ట్యూనబుల్ పనితీరు మరియు ఫిల్టరింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్ చిత్రం 2 (బి) మరియు (సి) లలో చూపబడ్డాయి. అదనంగా, పరికరం ఉప-నానోమీటర్ ఖచ్చితత్వంతో ఆప్టికల్ స్థానభ్రంశం సెన్సింగ్‌ను గ్రహించగలదు.

చిత్రం 2. ట్యూనబుల్ ఆప్టికల్ ఫిల్టర్ (a), ట్యూనబుల్ పనితీరు (b) మరియు ఫిల్టర్ బ్యాండ్‌విడ్త్ (c) యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం

WGM మైక్రోఫ్లూయిడ్ డ్రాప్ రెసొనేటర్

మైక్రోఫ్లూయిడ్ చిప్‌లో, ముఖ్యంగా నూనెలోని బిందువు (నూనెలోని బిందువు) కోసం, పదుల లేదా వందల మైక్రాన్ల వ్యాసం కలిగిన ఉపరితల ఉద్రిక్తత లక్షణాల కారణంగా, అది నూనెలో నిలిపివేయబడుతుంది, దాదాపు పరిపూర్ణ గోళాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. వక్రీభవన సూచిక యొక్క ఆప్టిమైజేషన్ ద్వారా, బిందువు 108 కంటే ఎక్కువ నాణ్యత కారకంతో పరిపూర్ణ గోళాకార ప్రతిధ్వనిగా ఉంటుంది. ఇది నూనెలో బాష్పీభవన సమస్యను కూడా నివారిస్తుంది. సాపేక్షంగా పెద్ద బిందువుల కోసం, సాంద్రత వ్యత్యాసాల కారణంగా అవి ఎగువ లేదా దిగువ వైపు గోడలపై "కూర్చుంటాయి". ఈ రకమైన బిందువు పార్శ్వ ఉత్తేజిత మోడ్‌ను మాత్రమే ఉపయోగించగలదు.