• WGM微腔

3.1 WGM微腔

淘宝彩票       近年来,光学微腔由于其巨大的应用潜力和科学意义而备受关注,获得深入研究。光学微腔主要包括微球、微柱、微环等几何形貌,它是一种形貌依赖的光学谐振腔。微腔内的光波由于在微腔界面发生全反射,从而会产生被称为耳语回廊模(whispering gallery mode, WGM)的共振模式。相对于其他的光学共振腔,微腔具有高Q值(大于10^6)、低模式体积、体积小易于集成等特点,已经应用到高灵敏度生化传感,超低阈值的激光器和非线性作用等方面。我们的研究目标是寻找和研究不同结构和不同形貌微腔的特性,并且应用这些新特性。主要的研究方向包括:WGM微腔的光学特性研究,微腔的制作研究,微腔的应用研究等。

3.1.1 WGM微腔生化传感
       实验利用四阶的高阶WGM模式M1(图 7 (a))来进行传感测量,相对低阶的模式,高阶模式的灵敏度会获得极大的提升( 图 7(b))。

淘宝彩票图 7. 微毛细管谐振腔的共振模式(a)及其相对应的折射率灵敏度(b)


3.1.2高Q值的可调谐光学滤波器

       首先拉制出径向缓变的柱形微腔,然后利用共振波长以来形貌尺寸的原理,通过机械移动耦合位置就可以实现波长调谐(图 8 (a)),其可调谐性能和滤波带宽见图 8 (b)和(c)。另外,该装置可以实现亚纳米精度的光学位移传感。

图 8.可调谐光学滤波器的示意图(a),可调谐性能(b)和滤波带宽(c)


3.1.3  WGM微流液滴谐振腔

       在微流控芯片内,尤其是针对油里面的液滴(droplet-in-oil)的情况,由于表面张力的特性,对于直径在数十甚至数百微米级别的液滴,其将悬浮在油中,形成一个近乎完美的球体。通过折射率的优化,液滴自身就是一个完美的球形谐振腔,品质因子达到10^8以上。同时在油里面避免了蒸发的问题。对于体积相对较大的液滴,由于密度差其将“坐”在上侧壁或者下侧壁。此类型液滴只能采用横向激励模式。在微流管道中,如图 9(b)所示,在微流管道的两侧壁构造两个45度的反射面,以提高激励和收集效率。如需要进一步提高效率,也可采用如图(c)的方式,锥形斜面可以收集各个方向的光。

淘宝彩票                                                        (a)                                                  (b)                                                            (c)

图 9.微液滴谐振腔的激发和接收设计