माइक्रो-नैनो फोटोनिक्स क्या है?

सूक्ष्म-नैनो फोटोनिक्स मुख्यतः सूक्ष्म और नैनो पैमाने पर प्रकाश और पदार्थ के बीच परस्पर क्रिया के नियम और प्रकाश उत्पादन, संचरण, नियमन, संसूचन और संवेदन में इसके अनुप्रयोग का अध्ययन करता है। सूक्ष्म-नैनो फोटोनिक्स उप-तरंगदैर्ध्य उपकरण फोटॉन एकीकरण की डिग्री को प्रभावी ढंग से बेहतर बना सकते हैं, और यह उम्मीद की जाती है कि यह फोटोनिक उपकरणों को इलेक्ट्रॉनिक चिप्स जैसे छोटे ऑप्टिकल चिप में एकीकृत कर सकेगा। नैनो-सतह प्लास्मोनिक्स सूक्ष्म-नैनो फोटोनिक्स का एक नया क्षेत्र है, जो मुख्यतः धातु नैनो संरचनाओं में प्रकाश और पदार्थ के बीच परस्पर क्रिया का अध्ययन करता है। इसमें छोटे आकार, उच्च गति और पारंपरिक विवर्तन सीमा को पार करने की विशेषताएँ हैं। नैनोप्लाज्मा-वेवगाइड संरचना, जिसमें अच्छी स्थानीय क्षेत्र वृद्धि और अनुनाद निस्पंदन विशेषताएँ होती हैं, नैनो-फ़िल्टर, तरंगदैर्ध्य विभाजन बहुसंकेतक, ऑप्टिकल स्विच, लेज़र और अन्य सूक्ष्म-नैनो ऑप्टिकल उपकरणों का आधार है। ऑप्टिकल माइक्रोकैविटी प्रकाश को सूक्ष्म क्षेत्रों तक सीमित रखती है और प्रकाश और पदार्थ के बीच परस्पर क्रिया को अत्यधिक बढ़ाती है। इसलिए, उच्च गुणवत्ता कारक वाली ऑप्टिकल माइक्रोकैविटी उच्च संवेदनशीलता संवेदन और संसूचन का एक महत्वपूर्ण तरीका है।

डब्ल्यूजीएम माइक्रोकैविटी

हाल के वर्षों में, प्रकाशिक सूक्ष्मगुहा ने अपनी व्यापक अनुप्रयोग क्षमता और वैज्ञानिक महत्व के कारण काफ़ी ध्यान आकर्षित किया है। प्रकाशिक सूक्ष्मगुहा मुख्यतः सूक्ष्ममंडल, सूक्ष्मस्तंभ, सूक्ष्मवलय और अन्य ज्यामितियों से बनी होती है। यह एक प्रकार का आकार-निर्भर प्रकाशिक अनुनादक है। सूक्ष्मगुहाओं में प्रकाश तरंगें सूक्ष्मगुहा अंतरापृष्ठ पर पूर्णतः परावर्तित होती हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक अनुनाद विधा उत्पन्न होती है जिसे व्हिस्परिंग गैलरी विधा (WGM) कहा जाता है। अन्य प्रकाशिक अनुनादकों की तुलना में, सूक्ष्मगुहाओं में उच्च Q मान (106 से अधिक), निम्न विधा आयतन, छोटा आकार और सरल एकीकरण आदि विशेषताएँ होती हैं, और इनका उपयोग उच्च-संवेदनशीलता जैवरासायनिक संवेदन, अति-निम्न सीमा लेज़र और अरैखिक क्रिया में किया गया है। हमारा शोध लक्ष्य सूक्ष्मगुहाओं की विभिन्न संरचनाओं और विभिन्न आकारिकी की विशेषताओं का पता लगाना और उनका अध्ययन करना, और इन नई विशेषताओं को लागू करना है। मुख्य शोध दिशाओं में शामिल हैं: WGM सूक्ष्मगुहाओं की प्रकाशिक विशेषता अनुसंधान, सूक्ष्मगुहा निर्माण अनुसंधान, सूक्ष्मगुहा अनुप्रयोग अनुसंधान, आदि।

WGM माइक्रोकैविटी जैव रासायनिक संवेदन

प्रयोग में, संवेदन मापन के लिए चार-क्रम उच्च-क्रम WGM मोड M1 (चित्र 1(a)) का उपयोग किया गया था। निम्न-क्रम मोड की तुलना में, उच्च-क्रम मोड की संवेदनशीलता में काफ़ी सुधार हुआ (चित्र 1(b))।

चित्र 1. सूक्ष्म केशिका गुहा का अनुनाद मोड (a) और उसकी संगत अपवर्तक सूचकांक संवेदनशीलता (b)

उच्च Q मान के साथ ट्यूनेबल ऑप्टिकल फ़िल्टर

सबसे पहले, रेडियल धीरे-धीरे बदलती बेलनाकार सूक्ष्मगुहा को बाहर निकाला जाता है, और फिर अनुनाद तरंगदैर्ध्य (चित्र 2 (a)) के बाद आकार-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 (b) और (c) में दर्शाए गए हैं। इसके अलावा, यह उपकरण उप-नैनोमीटर सटीकता के साथ प्रकाशीय विस्थापन संवेदन को साकार कर सकता है।

चित्र 2. ट्यूनेबल ऑप्टिकल फ़िल्टर (a), ट्यूनेबल प्रदर्शन (b) और फ़िल्टर बैंडविड्थ (c) का योजनाबद्ध आरेख

WGM माइक्रोफ्लुइडिक ड्रॉप रेज़ोनेटर

माइक्रोफ्लुइडिक चिप में, विशेष रूप से तेल में बूँद (तेल में बूँद) के लिए, पृष्ठ तनाव की विशेषता के कारण, दसियों या सैकड़ों माइक्रोन के व्यास के लिए, यह तेल में निलंबित हो जाएगी, जिससे लगभग एक पूर्ण गोला बन जाएगा। अपवर्तनांक के अनुकूलन के माध्यम से, बूँद स्वयं 108 से अधिक के गुणवत्ता कारक वाला एक पूर्ण गोलाकार अनुनादक है। यह तेल में वाष्पीकरण की समस्या से भी बचाता है। अपेक्षाकृत बड़ी बूँदें, घनत्व के अंतर के कारण ऊपरी या निचली पार्श्व दीवारों पर "बैठ" जाएँगी। इस प्रकार की बूँदें केवल पार्श्व उत्तेजना मोड का उपयोग कर सकती हैं।