మైక్రో-నానో ఫోటోనిక్స్ అంటే ఏమిటి?

మైక్రో-నానో ఫోటోనిక్స్ ప్రధానంగా సూక్ష్మ మరియు నానో స్థాయిలో కాంతి మరియు పదార్థం మధ్య పరస్పర చర్య యొక్క నియమాన్ని మరియు కాంతి ఉత్పత్తి, ప్రసారం, నియంత్రణ, గుర్తింపు మరియు సెన్సింగ్‌లో దాని అనువర్తనాన్ని అధ్యయనం చేస్తుంది. మైక్రో-నానో ఫోటోనిక్స్ సబ్-వేవ్‌లెంగ్త్ పరికరాలు ఫోటాన్ ఇంటిగ్రేషన్ స్థాయిని సమర్థవంతంగా మెరుగుపరుస్తాయి, మరియు ఎలక్ట్రానిక్ చిప్‌ల వలె ఫోటోనిక్ పరికరాలను ఒక చిన్న ఆప్టికల్ చిప్‌లో ఏకీకృతం చేయవచ్చని భావిస్తున్నారు. నానో-సర్ఫేస్ ప్లాస్మోనిక్స్ అనేది మైక్రో-నానో ఫోటోనిక్స్‌లో ఒక కొత్త రంగం, ఇది ప్రధానంగా లోహ నానో నిర్మాణాలలో కాంతి మరియు పదార్థం మధ్య పరస్పర చర్యను అధ్యయనం చేస్తుంది. ఇది చిన్న పరిమాణం, అధిక వేగం మరియు సాంప్రదాయ వివర్తన పరిమితిని అధిగమించడం వంటి లక్షణాలను కలిగి ఉంది. మంచి స్థానిక క్షేత్ర వృద్ధి మరియు రెసొనెన్స్ ఫిల్టరింగ్ లక్షణాలను కలిగి ఉన్న నానోప్లాస్మా-వేవ్‌గైడ్ నిర్మాణం, నానో-ఫిల్టర్, వేవ్‌లెంగ్త్ డివిజన్ మల్టీప్లెక్సర్, ఆప్టికల్ స్విచ్, లేజర్ మరియు ఇతర మైక్రో-నానో ఆప్టికల్ పరికరాలకు ఆధారం. ఆప్టికల్ మైక్రోకావిటీలు కాంతిని చిన్న ప్రాంతాలకు పరిమితం చేసి, కాంతి మరియు పదార్థం మధ్య పరస్పర చర్యను బాగా పెంచుతాయి. అందువల్ల, అధిక క్వాలిటీ ఫ్యాక్టర్ కలిగిన ఆప్టికల్ మైక్రోకావిటీ అధిక సున్నితత్వంతో సెన్సింగ్ మరియు డిటెక్షన్ చేయడానికి ఒక ముఖ్యమైన మార్గం.

WGM మైక్రోకావిటీ

ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, ఆప్టికల్ మైక్రోక్యావిటీ దాని గొప్ప అనువర్తన సామర్థ్యం మరియు శాస్త్రీయ ప్రాముఖ్యత కారణంగా చాలా దృష్టిని ఆకర్షించింది. ఆప్టికల్ మైక్రోక్యావిటీ ప్రధానంగా మైక్రోస్పియర్, మైక్రోకాలమ్, మైక్రోరింగ్ మరియు ఇతర జ్యామితులను కలిగి ఉంటుంది. ఇది ఒక రకమైన ఆకృతిపై ఆధారపడిన ఆప్టికల్ రెసొనేటర్. మైక్రోక్యావిటీలలోని కాంతి తరంగాలు మైక్రోక్యావిటీ ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద పూర్తిగా పరావర్తనం చెందుతాయి, దీని ఫలితంగా విస్పరింగ్ గ్యాలరీ మోడ్ (WGM) అని పిలువబడే ఒక రెసొనెన్స్ మోడ్ ఏర్పడుతుంది. ఇతర ఆప్టికల్ రెసొనేటర్లతో పోలిస్తే, మైక్రోరెసొనేటర్లు అధిక Q విలువ (106 కంటే ఎక్కువ), తక్కువ మోడ్ వాల్యూమ్, చిన్న పరిమాణం మరియు సులభమైన అనుసంధానం మొదలైన లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి మరియు అధిక-సున్నితత్వ బయోకెమికల్ సెన్సింగ్, అల్ట్రా-లో థ్రెషోల్డ్ లేజర్ మరియు నాన్‌లీనియర్ యాక్షన్‌కు అనువర్తించబడ్డాయి. మైక్రోక్యావిటీల యొక్క విభిన్న నిర్మాణాలు మరియు విభిన్న ఆకృతుల లక్షణాలను కనుగొని, అధ్యయనం చేయడం మరియు ఈ కొత్త లక్షణాలను అనువర్తించడం మా పరిశోధన లక్ష్యం. ప్రధాన పరిశోధన దిశలలో ఇవి ఉన్నాయి: WGM మైక్రోక్యావిటీ యొక్క ఆప్టికల్ లక్షణాల పరిశోధన, మైక్రోక్యావిటీ తయారీ పరిశోధన, మైక్రోక్యావిటీ అనువర్తన పరిశోధన మొదలైనవి.

WGM మైక్రోకావిటీ బయోకెమికల్ సెన్సింగ్

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

పటం 1. మైక్రోక్యాపిల్లరీ కుహరం యొక్క అనునాద రీతి (a) మరియు దానికి సంబంధించిన వక్రీభవన సూచిక సున్నితత్వం (b)

అధిక Q విలువ కలిగిన ట్యూనబుల్ ఆప్టికల్ ఫిల్టర్

మొదట, రేడియల్‌గా నెమ్మదిగా మారుతున్న స్థూపాకార మైక్రోకావిటీని బయటకు లాగుతారు, ఆపై రెసొనెంట్ తరంగదైర్ఘ్యం (పటం 2 (ఎ)) ఆధారంగా ఆకార పరిమాణ సూత్రం ప్రకారం కప్లింగ్ స్థానాన్ని యాంత్రికంగా కదిలించడం ద్వారా తరంగదైర్ఘ్య ట్యూనింగ్‌ను సాధించవచ్చు. ట్యూన్ చేయగల పనితీరు మరియు ఫిల్టరింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్ పటం 2 (బి) మరియు (సి) లలో చూపబడ్డాయి. అదనంగా, ఈ పరికరం సబ్-నానోమీటర్ ఖచ్చితత్వంతో ఆప్టికల్ డిస్‌ప్లేస్‌మెంట్ సెన్సింగ్‌ను గ్రహించగలదు.

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

WGM మైక్రోఫ్లూయిడిక్ డ్రాప్ రెసోనేటర్

మైక్రోఫ్లూయిడిక్ చిప్‌లో, ముఖ్యంగా నూనెలోని బిందువు (డ్రాప్లెట్ ఇన్-ఆయిల్) విషయంలో, ఉపరితల తన్యత లక్షణాల కారణంగా, పదుల లేదా వందల మైక్రాన్ల వ్యాసం ఉన్నప్పటికీ, అది నూనెలో తేలుతూ దాదాపు ఒక పరిపూర్ణ గోళాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. వక్రీభవన సూచికను ఆప్టిమైజ్ చేయడం ద్వారా, ఆ బిందువు 108 కంటే ఎక్కువ క్వాలిటీ ఫ్యాక్టర్‌తో ఒక పరిపూర్ణ గోళాకార రెజొనేటర్‌గా ఉంటుంది. ఇది నూనెలో ఆవిరైపోయే సమస్యను కూడా నివారిస్తుంది. సాపేక్షంగా పెద్ద బిందువులు సాంద్రత వ్యత్యాసాల కారణంగా పై లేదా కింది గోడలపై "నిలిచి ఉంటాయి". ఈ రకమైన బిందువును కేవలం లాటరల్ ఎక్సైటేషన్ మోడ్ ద్వారా మాత్రమే ఉపయోగించగలరు.