마이크로나노 포토닉스는 주로 마이크로 및 나노 스케일에서 빛과 물질 사이의 상호작용 법칙을 연구하고, 이를 빛 생성, 전달, 조절, 검출 및 감지에 응용합니다. 마이크로나노 포토닉스 하위 파장 소자는 광자 집적도를 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 전자 칩과 같은 소형 광학 칩에 광자 소자를 통합할 것으로 기대됩니다. 나노 표면 플라즈모닉스는 금속 나노구조에서 빛과 물질 사이의 상호작용을 주로 연구하는 새로운 마이크로나노 포토닉스 분야입니다. 나노 표면 플라즈모닉스는 소형, 고속, 그리고 기존의 회절 한계를 극복하는 특성을 가지고 있습니다. 우수한 국소장 증강 및 공진 필터링 특성을 가진 나노플라즈마 도파관 구조는 나노필터, 파장 분할 다중화기, 광 스위치, 레이저 및 기타 마이크로나노 광학 소자의 기반이 됩니다. 광학 마이크로캐비티는 빛을 매우 작은 영역으로 제한하여 빛과 물질 사이의 상호작용을 크게 향상시킵니다. 따라서 고품질 계수를 갖는 광학 마이크로캐비티는 고감도 감지 및 검출에 중요한 방법입니다.
WGM 마이크로캐비티
최근 광학 마이크로공진기는 뛰어난 응용 잠재력과 과학적 중요성으로 인해 많은 주목을 받고 있습니다. 광학 마이크로공진기는 주로 마이크로구, 마이크로컬럼, 마이크로링 및 기타 기하학적 구조로 구성됩니다. 마이크로공진기는 일종의 형태 의존 광 공진기입니다. 마이크로공진기 내의 빛은 마이크로공진기 경계면에서 완전히 반사되어 위스퍼링 갤러리 모드(WGM)라는 공진 모드를 생성합니다. 다른 광학 공진기와 비교하여 마이크로공진기는 높은 Q 값(10^6 이상), 낮은 모드 체적, 작은 크기, 용이한 집적 등의 특성을 가지고 있으며, 고감도 생화학 감지, 초저역치 레이저 및 비선형 동작에 응용되고 있습니다. 본 연구의 목표는 마이크로공진기의 다양한 구조와 형태의 특성을 파악하고 연구하며, 이러한 새로운 특성을 응용하는 것입니다. 주요 연구 방향은 WGM 마이크로공진기의 광학 특성 연구, 마이크로공진기 제작 연구, 마이크로공진기 응용 연구 등입니다.
WGM 마이크로캐비티 생화학 감지
실험에서는 4차 고차 WGM 모드 M1(그림 1(a))을 사용하여 센싱 측정을 수행하였다. 저차 모드와 비교했을 때, 고차 모드의 감도가 크게 향상되었다(그림 1(b)).
그림 1. 미세모세관 공동의 공진 모드(a) 및 이에 대응하는 굴절률 감도(b)
높은 Q 값을 갖는 조정 가능한 광학 필터
먼저, 방사형으로 천천히 변하는 원통형 마이크로캐비티를 꺼낸 후, 공진 파장의 모양과 크기 원리를 이용하여 결합 위치를 기계적으로 이동시킴으로써 파장을 조절할 수 있습니다(그림 2(a)). 조절 가능한 성능과 필터링 대역폭은 그림 2(b)와 (c)에 나타나 있습니다. 또한, 이 소자는 나노미터 미만의 정확도로 광학 변위 감지를 구현할 수 있습니다.
그림 2. 가변 광 필터(a), 가변 성능(b) 및 필터 대역폭(c)의 개략도
WGM 마이크로유체 드롭 공진기
미세유체 칩, 특히 오일 속의 액적(액적 내 오일)의 경우, 표면 장력의 특성으로 인해 수십 또는 수백 마이크론 크기의 액적이 오일 속에 부유하여 거의 완벽한 구형을 형성합니다. 굴절률 최적화를 통해 액적 자체는 10^8 이상의 품질 계수를 갖는 완벽한 구형 공진기가 됩니다. 또한 오일 속의 증발 문제도 해결합니다. 비교적 큰 액적의 경우, 밀도 차이로 인해 위 또는 아래 측벽에 "앉게" 됩니다. 이러한 유형의 액적은 측면 여기 모드만 사용할 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 10월 23일