माइक्रो-नैनो फोटोनिक्स क्या है?

माइक्रो-नैनो फोटोनिक्स मुख्य रूप से सूक्ष्म और नैनो पैमाने पर प्रकाश और पदार्थ के बीच अंतःक्रिया के नियम और प्रकाश उत्पादन, संचरण, विनियमन, पहचान और संवेदन में इसके अनुप्रयोग का अध्ययन करता है। माइक्रो-नैनो फोटोनिक्स उप-तरंगदैर्ध्य उपकरण फोटॉन एकीकरण की डिग्री को प्रभावी ढंग से बढ़ा सकते हैं, और इलेक्ट्रॉनिक चिप्स की तरह फोटोनिक उपकरणों को एक छोटे ऑप्टिकल चिप में एकीकृत करने की उम्मीद है। नैनो-सतह प्लास्मोनिक्स माइक्रो-नैनो फोटोनिक्स का एक नया क्षेत्र है, जो मुख्य रूप से धातु नैनोसंरचनाओं में प्रकाश और पदार्थ के बीच अंतःक्रिया का अध्ययन करता है। इसमें छोटे आकार, उच्च गति और पारंपरिक विवर्तन सीमा को पार करने की विशेषताएं हैं। नैनोप्लाज्मा-वेवगाइड संरचना, जिसमें अच्छे स्थानीय क्षेत्र संवर्धन और अनुनाद फ़िल्टरिंग गुण होते हैं, नैनो-फ़िल्टर, तरंगदैर्ध्य विभाजन मल्टीप्लेक्सर, ऑप्टिकल स्विच, लेजर और अन्य माइक्रो-नैनो ऑप्टिकल उपकरणों का आधार है। ऑप्टिकल माइक्रोकेविटी प्रकाश को छोटे क्षेत्रों तक सीमित करती हैं और प्रकाश और पदार्थ के बीच अंतःक्रिया को बहुत बढ़ाती हैं। इसलिए, उच्च गुणवत्ता कारक वाली ऑप्टिकल माइक्रोकेविटी उच्च संवेदनशीलता संवेदन और पहचान का एक महत्वपूर्ण तरीका है।

डब्ल्यूजीएम माइक्रोकेविटी

हाल के वर्षों में, ऑप्टिकल माइक्रोकेविटी ने अपनी अपार अनुप्रयोग क्षमता और वैज्ञानिक महत्व के कारण काफी ध्यान आकर्षित किया है। ऑप्टिकल माइक्रोकेविटी मुख्य रूप से माइक्रोस्फीयर, माइक्रो कॉलम, माइक्रो रिंग और अन्य ज्यामितियों से मिलकर बनी होती है। यह एक प्रकार का आकार-निर्भर ऑप्टिकल रेज़ोनेटर है। माइक्रोकेविटी में प्रकाश तरंगें माइक्रोकेविटी इंटरफ़ेस पर पूरी तरह से परावर्तित हो जाती हैं, जिसके परिणामस्वरूप व्हिस्परिंग गैलरी मोड (WGM) नामक एक अनुनाद मोड उत्पन्न होता है। अन्य ऑप्टिकल रेज़ोनेटरों की तुलना में, माइक्रोरेज़ोनेटरों में उच्च Q मान (10⁶ से अधिक), कम मोड वॉल्यूम, छोटा आकार और आसान एकीकरण आदि जैसी विशेषताएं होती हैं, और इनका उपयोग उच्च-संवेदनशीलता जैव रासायनिक संवेदन, अति-निम्न थ्रेशोल्ड लेजर और गैर-रेखीय क्रिया में किया गया है। हमारे शोध का लक्ष्य माइक्रोकेविटी की विभिन्न संरचनाओं और विभिन्न आकृतियों की विशेषताओं का पता लगाना और उनका अध्ययन करना तथा इन नई विशेषताओं को लागू करना है। मुख्य शोध दिशाओं में शामिल हैं: WGM माइक्रोकेविटी की ऑप्टिकल विशेषताओं का शोध, माइक्रोकेविटी निर्माण का शोध, माइक्रोकेविटी के अनुप्रयोग का शोध आदि।

डब्ल्यूजीएम माइक्रोकेविटी 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 काफी सुधार हुआ (चित्र 1(b))।

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

उच्च Q मान वाला ट्यूनेबल ऑप्टिकल फ़िल्टर

सबसे पहले, धीरे-धीरे बदलती हुई रेडियल बेलनाकार माइक्रोकेविटी को बाहर निकाला जाता है, और फिर अनुनादी तरंगदैर्ध्य (चित्र 2 (a)) के आधार पर आकार और माप के सिद्धांत के अनुसार युग्मन स्थिति को यांत्रिक रूप से स्थानांतरित करके तरंगदैर्ध्य को समायोजित किया जा सकता है। ट्यून करने योग्य प्रदर्शन और फ़िल्टरिंग बैंडविड्थ चित्र 2 (b) और (c) में दर्शाए गए हैं। इसके अतिरिक्त, यह उपकरण सब-नैनोमीटर सटीकता के साथ ऑप्टिकल विस्थापन संवेदन को साकार कर सकता है।

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

डब्ल्यूजीएम माइक्रोफ्लुइडिक ड्रॉप रेज़ोनेटर

माइक्रोफ्लुइडिक चिप में, विशेष रूप से तेल में बूंद (ड्रॉपलेट-इन-ऑयल) के मामले में, सतह तनाव की विशेषताओं के कारण, दसियों या सैकड़ों माइक्रोन व्यास वाली बूंदें तेल में निलंबित रहती हैं और लगभग एक पूर्ण गोला बनाती हैं। अपवर्तनांक के अनुकूलन के माध्यम से, बूंद स्वयं 108 से अधिक गुणवत्ता गुणांक वाला एक पूर्ण गोलाकार अनुनादक बन जाती है। इससे तेल में वाष्पीकरण की समस्या भी दूर हो जाती है। अपेक्षाकृत बड़ी बूंदों के लिए, घनत्व में अंतर के कारण वे ऊपरी या निचली पार्श्व दीवारों पर "स्थिर" हो जाती हैं। इस प्रकार की बूंद केवल पार्श्व उत्तेजना मोड का उपयोग कर सकती है।