माइक्रो-नैनो फोटोनिक्स क्या है?

माइक्रो-नैनो फोटोनिक्स मुख्य रूप से माइक्रो और नैनो पैमाने पर प्रकाश और पदार्थ के बीच बातचीत के नियम और प्रकाश उत्पादन, संचरण, विनियमन, पता लगाने और संवेदन में इसके अनुप्रयोग का अध्ययन करता है। माइक्रो-नैनो फोटोनिक्स उप-तरंगदैर्ध्य डिवाइस प्रभावी रूप से फोटॉन एकीकरण की डिग्री में सुधार कर सकते हैं, और यह इलेक्ट्रॉनिक चिप्स जैसे छोटे ऑप्टिकल चिप में फोटोनिक उपकरणों को एकीकृत करने की उम्मीद है। नैनो-सरफेस प्लास्मोनिक्स माइक्रो-नैनो फोटोनिक्स का एक नया क्षेत्र है, जो मुख्य रूप से धातु नैनोस्ट्रक्चर में प्रकाश और पदार्थ के बीच बातचीत का अध्ययन करता है। इसमें छोटे आकार, उच्च गति और पारंपरिक विवर्तन सीमा पर काबू पाने की विशेषताएं हैं। नैनोप्लाज्मा-वेवगाइड संरचना, जिसमें अच्छी स्थानीय क्षेत्र वृद्धि और अनुनाद फ़िल्टरिंग विशेषताएं हैं, नैनो-फ़िल्टर, तरंगदैर्ध्य विभाजन मल्टीप्लेक्सर, ऑप्टिकल स्विच, लेजर और अन्य माइक्रो-नैनो ऑप्टिकल उपकरणों का आधार है। ऑप्टिकल माइक्रोकैविटी प्रकाश को छोटे क्षेत्रों तक सीमित करती है और प्रकाश और पदार्थ के बीच बातचीत को बहुत बढ़ाती है। इसलिए, उच्च गुणवत्ता कारक के साथ ऑप्टिकल माइक्रोकैविटी उच्च संवेदनशीलता संवेदन और पता लगाने का एक महत्वपूर्ण तरीका है।

डब्ल्यूजीएम माइक्रोकैविटी

हाल के वर्षों में, ऑप्टिकल माइक्रोकैविटी ने अपनी महान अनुप्रयोग क्षमता और वैज्ञानिक महत्व के कारण बहुत ध्यान आकर्षित किया है। ऑप्टिकल माइक्रोकैविटी में मुख्य रूप से माइक्रोस्फीयर, माइक्रोकॉलम, माइक्रोरिंग और अन्य ज्यामिति शामिल हैं। यह एक प्रकार का रूपात्मक निर्भर ऑप्टिकल रेज़ोनेटर है। माइक्रोकैविटी में प्रकाश तरंगें माइक्रोकैविटी इंटरफ़ेस पर पूरी तरह से परावर्तित होती हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक अनुनाद मोड होता है जिसे व्हिस्परिंग गैलरी मोड (WGM) कहा जाता है। अन्य ऑप्टिकल रेज़ोनेटर की तुलना में, माइक्रोरेसोनेटर में उच्च Q मान (106 से अधिक), कम मोड वॉल्यूम, छोटे आकार और आसान एकीकरण आदि की विशेषताएं होती हैं, और इन्हें उच्च-संवेदनशीलता जैव रासायनिक संवेदन, अल्ट्रा-लो थ्रेशोल्ड लेजर और नॉनलाइनियर एक्शन में लागू किया गया है। हमारा शोध लक्ष्य माइक्रोकैविटी की विभिन्न संरचनाओं और विभिन्न आकारिकी की विशेषताओं को खोजना और उनका अध्ययन करना और इन नई विशेषताओं को लागू करना है। मुख्य शोध दिशाओं में शामिल हैं: WGM माइक्रोकैविटी की ऑप्टिकल विशेषता अनुसंधान, माइक्रोकैविटी का निर्माण अनुसंधान, माइक्रोकैविटी का अनुप्रयोग अनुसंधान, आदि।

WGM माइक्रोकैविटी जैव रासायनिक संवेदन

प्रयोग में, संवेदन माप के लिए चार-क्रम उच्च-क्रम WGM मोड M1 (चित्र 1 (ए)) का उपयोग किया गया था। निम्न-क्रम मोड की तुलना में, उच्च-क्रम मोड की संवेदनशीलता में बहुत सुधार हुआ (चित्र 1 (बी))।

चित्र 1. माइक्रोकेपिलरी गुहा का अनुनाद मोड (ए) और इसके अनुरूप अपवर्तक सूचकांक संवेदनशीलता (बी)

उच्च Q मान के साथ ट्यूनेबल ऑप्टिकल फ़िल्टर

सबसे पहले, रेडियल धीरे-धीरे बदलने वाली बेलनाकार माइक्रोकैविटी को बाहर निकाला जाता है, और फिर अनुनाद तरंगदैर्ध्य (चित्र 2 (ए)) के बाद से आकार के सिद्धांत के आधार पर युग्मन स्थिति को यांत्रिक रूप से स्थानांतरित करके तरंगदैर्ध्य ट्यूनिंग प्राप्त की जा सकती है। ट्यूनेबल प्रदर्शन और फ़िल्टरिंग बैंडविड्थ चित्र 2 (बी) और (सी) में दिखाए गए हैं। इसके अलावा, डिवाइस उप-नैनोमीटर सटीकता के साथ ऑप्टिकल विस्थापन संवेदन को साकार कर सकता है।

चित्र 2. ट्यूनेबल ऑप्टिकल फ़िल्टर (ए), ट्यूनेबल प्रदर्शन (बी) और फ़िल्टर बैंडविड्थ (सी) का योजनाबद्ध आरेख

WGM माइक्रोफ्लुइडिक ड्रॉप रेज़ोनेटर

माइक्रोफ्लुइडिक चिप में, विशेष रूप से तेल में बूंद (तेल में बूंद) के लिए, सतह के तनाव की विशेषताओं के कारण, दसियों या सैकड़ों माइक्रोन के व्यास के लिए, यह तेल में निलंबित हो जाएगा, जिससे लगभग पूर्ण क्षेत्र बन जाएगा। अपवर्तक सूचकांक के अनुकूलन के माध्यम से, बूंद स्वयं 108 से अधिक के गुणवत्ता कारक के साथ एक पूर्ण गोलाकार अनुनादक है। यह तेल में वाष्पीकरण की समस्या से भी बचा जाता है। अपेक्षाकृत बड़ी बूंदों के लिए, वे घनत्व के अंतर के कारण ऊपरी या निचली तरफ की दीवारों पर "बैठेंगे"। इस प्रकार की बूंद केवल पार्श्व उत्तेजना मोड का उपयोग कर सकती है।