માઇક્રો-નેનો ફોટોનિક્સ શું છે?

માઇક્રો-નેનો ફોટોનિક્સ મુખ્યત્વે માઇક્રો અને નેનો સ્કેલ પર પ્રકાશ અને દ્રવ્ય વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના નિયમનો અભ્યાસ કરે છે અને પ્રકાશ ઉત્પાદન, ટ્રાન્સમિશન, નિયમન, શોધ અને સંવેદનામાં તેનો ઉપયોગ કરે છે. માઇક્રો-નેનો ફોટોનિક્સ સબ-તરંગલંબાઇ ઉપકરણો ફોટોન એકીકરણની ડિગ્રીને અસરકારક રીતે સુધારી શકે છે, અને તે ફોટોનિક ઉપકરણોને ઇલેક્ટ્રોનિક ચિપ્સ જેવા નાના ઓપ્ટિકલ ચિપમાં એકીકૃત કરવાની અપેક્ષા રાખે છે. નેનો-સરફેસ પ્લાઝમોનિક્સ એ માઇક્રો-નેનો ફોટોનિક્સનું એક નવું ક્ષેત્ર છે, જે મુખ્યત્વે મેટલ નેનોસ્ટ્રક્ચર્સમાં પ્રકાશ અને દ્રવ્ય વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો અભ્યાસ કરે છે. તેમાં નાના કદ, ઉચ્ચ ગતિ અને પરંપરાગત વિવર્તન મર્યાદાને પાર કરવાની લાક્ષણિકતાઓ છે. નેનોપ્લાઝ્મા-વેવગાઇડ માળખું, જેમાં સારી સ્થાનિક ક્ષેત્ર વૃદ્ધિ અને રેઝોનન્સ ફિલ્ટરિંગ લાક્ષણિકતાઓ છે, તે નેનો-ફિલ્ટર, તરંગલંબાઇ વિભાગ મલ્ટિપ્લેક્સર, ઓપ્ટિકલ સ્વીચ, લેસર અને અન્ય માઇક્રો-નેનો ઓપ્ટિકલ ઉપકરણોનો આધાર છે. ઓપ્ટિકલ માઇક્રોકેવિટીઝ પ્રકાશને નાના પ્રદેશોમાં મર્યાદિત કરે છે અને પ્રકાશ અને દ્રવ્ય વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને મોટા પ્રમાણમાં વધારે છે. તેથી, ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા પરિબળ સાથે ઓપ્ટિકલ માઇક્રોકેવિટી ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા સંવેદના અને શોધનો એક મહત્વપૂર્ણ માર્ગ છે.

WGM સૂક્ષ્મ પોલાણ

તાજેતરના વર્ષોમાં, ઓપ્ટિકલ માઇક્રોકેવિટીએ તેની મહાન એપ્લિકેશન ક્ષમતા અને વૈજ્ઞાનિક મહત્વને કારણે ઘણું ધ્યાન ખેંચ્યું છે. ઓપ્ટિકલ માઇક્રોકેવિટીમાં મુખ્યત્વે માઇક્રોસ્ફિયર, માઇક્રોકોલમ, માઇક્રોરિંગ અને અન્ય ભૂમિતિઓનો સમાવેશ થાય છે. તે એક પ્રકારનું મોર્ફોલોજિક આધારિત ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર છે. માઇક્રોકેવિટીમાં પ્રકાશ તરંગો માઇક્રોકેવિટી ઇન્ટરફેસ પર સંપૂર્ણપણે પ્રતિબિંબિત થાય છે, જેના પરિણામે વ્હિસ્પરિંગ ગેલેરી મોડ (WGM) નામનો રેઝોનન્સ મોડ બને છે. અન્ય ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટર્સની તુલનામાં, માઇક્રોકેવિટીમાં ઉચ્ચ Q મૂલ્ય (106 થી વધુ), નીચા મોડ વોલ્યુમ, નાના કદ અને સરળ એકીકરણ, વગેરેની લાક્ષણિકતાઓ હોય છે, અને તેને ઉચ્ચ-સંવેદનશીલતા બાયોકેમિકલ સેન્સિંગ, અલ્ટ્રા-લો થ્રેશોલ્ડ લેસર અને નોનલાઇનર એક્શન પર લાગુ કરવામાં આવ્યા છે. અમારું સંશોધન ધ્યેય માઇક્રોકેવિટીઝની વિવિધ રચનાઓ અને વિવિધ મોર્ફોલોજીઓની લાક્ષણિકતાઓ શોધવા અને અભ્યાસ કરવાનો છે, અને આ નવી લાક્ષણિકતાઓ લાગુ કરવાનો છે. મુખ્ય સંશોધન દિશાઓમાં શામેલ છે: WGM માઇક્રોકેવિટીનું ઓપ્ટિકલ લાક્ષણિકતાઓ સંશોધન, માઇક્રોકેવિટીનું ફેબ્રિકેશન સંશોધન, માઇક્રોકેવિટીનું એપ્લિકેશન સંશોધન, વગેરે.

WGM માઇક્રોકેવિટી બાયોકેમિકલ સેન્સિંગ

પ્રયોગમાં, સેન્સિંગ માપન માટે ચાર-ક્રમના હાઇ-ઓર્ડર WGM મોડ M1 (આકૃતિ 1(a)) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. લો-ઓર્ડર મોડની તુલનામાં, હાઇ-ઓર્ડર મોડની સંવેદનશીલતામાં ઘણો સુધારો થયો હતો (આકૃતિ 1(b)).

આકૃતિ 1. માઇક્રોકેપિલરી પોલાણનો રેઝોનન્સ મોડ (a) અને તેની અનુરૂપ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ સંવેદનશીલતા (b)

ઉચ્ચ Q મૂલ્ય સાથે ટ્યુનેબલ ઓપ્ટિકલ ફિલ્ટર

સૌપ્રથમ, રેડિયલ ધીમે ધીમે બદલાતી નળાકાર સૂક્ષ્મ પોલાણને બહાર કાઢવામાં આવે છે, અને પછી રેઝોનન્ટ તરંગલંબાઇ (આકૃતિ 2 (a)) થી આકારના કદના સિદ્ધાંતના આધારે કપલિંગ પોઝિશનને યાંત્રિક રીતે ખસેડીને તરંગલંબાઇ ટ્યુનિંગ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. ટ્યુનેબલ પ્રદર્શન અને ફિલ્ટરિંગ બેન્ડવિડ્થ આકૃતિ 2 (b) અને (c) માં બતાવવામાં આવી છે. વધુમાં, ઉપકરણ સબ-નેનોમીટર ચોકસાઈ સાથે ઓપ્ટિકલ ડિસ્પ્લેસમેન્ટ સેન્સિંગને અનુભવી શકે છે.

આકૃતિ 2. ટ્યુનેબલ ઓપ્ટિકલ ફિલ્ટર (a), ટ્યુનેબલ પ્રદર્શન (b) અને ફિલ્ટર બેન્ડવિડ્થ (c) નું યોજનાકીય આકૃતિ

WGM માઇક્રોફ્લુઇડિક ડ્રોપ રેઝોનેટર

માઇક્રોફ્લુઇડિક ચિપમાં, ખાસ કરીને તેલમાં રહેલા ટીપાં (ટીપાં ઇન-ઓઇલ) માટે, સપાટીના તણાવની લાક્ષણિકતાઓને કારણે, દસ કે સેંકડો માઇક્રોનના વ્યાસ માટે, તે તેલમાં સસ્પેન્ડ થઈ જશે, જે લગભગ સંપૂર્ણ ગોળાકાર બનશે. રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સના ઑપ્ટિમાઇઝેશન દ્વારા, ટીપાં પોતે 108 થી વધુ ગુણવત્તા પરિબળ સાથે એક સંપૂર્ણ ગોળાકાર રેઝોનેટર છે. તે તેલમાં બાષ્પીભવનની સમસ્યાને પણ ટાળે છે. પ્રમાણમાં મોટા ટીપાં માટે, તેઓ ઘનતા તફાવતોને કારણે ઉપરની અથવા નીચેની બાજુની દિવાલો પર "બેસશે". આ પ્રકારનું ટીપું ફક્ત બાજુની ઉત્તેજના મોડનો ઉપયોગ કરી શકે છે.