മൈക്രോ-നാനോ ഫോട്ടോണിക്സ് എന്താണ്?

മൈക്രോ-നാനോ ഫോട്ടോണിക്സ് പ്രധാനമായും പഠിക്കുന്നത് പ്രകാശവും ദ്രവ്യവും തമ്മിലുള്ള സൂക്ഷ്മ, നാനോ സ്കെയിലുകളിലെ പ്രതിപ്രവർത്തന നിയമത്തെക്കുറിച്ചും പ്രകാശ ഉത്പാദനം, പ്രക്ഷേപണം, നിയന്ത്രണം, കണ്ടെത്തൽ, സെൻസിംഗ് എന്നിവയിലെ അതിന്റെ പ്രയോഗത്തെക്കുറിച്ചുമാണ്. മൈക്രോ-നാനോ ഫോട്ടോണിക്സ് ഉപ-തരംഗദൈർഘ്യ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് ഫോട്ടോൺ സംയോജനത്തിന്റെ അളവ് ഫലപ്രദമായി മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയും, കൂടാതെ ഇത് ഫോട്ടോണിക് ഉപകരണങ്ങളെ ഇലക്ട്രോണിക് ചിപ്പുകൾ പോലുള്ള ഒരു ചെറിയ ഒപ്റ്റിക്കൽ ചിപ്പിലേക്ക് സംയോജിപ്പിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. നാനോ-സർഫേസ് പ്ലാസ്മോണിക്സ് മൈക്രോ-നാനോ ഫോട്ടോണിക്‌സിന്റെ ഒരു പുതിയ മേഖലയാണ്, ഇത് പ്രധാനമായും ലോഹ നാനോസ്ട്രക്ചറുകളിൽ പ്രകാശവും ദ്രവ്യവും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തെക്കുറിച്ച് പഠിക്കുന്നു. ചെറിയ വലിപ്പം, ഉയർന്ന വേഗത, പരമ്പരാഗത ഡിഫ്രാക്ഷൻ പരിധി മറികടക്കൽ എന്നിവയാണ് ഇതിന്റെ സവിശേഷതകൾ. നല്ല പ്രാദേശിക ഫീൽഡ് മെച്ചപ്പെടുത്തലും അനുരണന ഫിൽട്ടറിംഗ് സവിശേഷതകളും ഉള്ള നാനോപ്ലാസ്മ-വേവ്ഗൈഡ് ഘടനയാണ് നാനോ-ഫിൽറ്റർ, തരംഗദൈർഘ്യ ഡിവിഷൻ മൾട്ടിപ്ലക്‌സർ, ഒപ്റ്റിക്കൽ സ്വിച്ച്, ലേസർ, മറ്റ് മൈക്രോ-നാനോ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവയുടെ അടിസ്ഥാനം. ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോകാവിറ്റികൾ പ്രകാശത്തെ ചെറിയ പ്രദേശങ്ങളിലേക്ക് പരിമിതപ്പെടുത്തുകയും പ്രകാശവും ദ്രവ്യവും തമ്മിലുള്ള ഇടപെടൽ വളരെയധികം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതിനാൽ, ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള ഘടകമുള്ള ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോകാവിറ്റി ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമത സെൻസിംഗിനും കണ്ടെത്തലിനുമുള്ള ഒരു പ്രധാന മാർഗമാണ്.

WGM മൈക്രോകാവിറ്റി

സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോകാവിറ്റി അതിന്റെ മികച്ച പ്രയോഗ സാധ്യതയും ശാസ്ത്രീയ പ്രാധാന്യവും കാരണം വളരെയധികം ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചു. ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോകാവിറ്റിയിൽ പ്രധാനമായും മൈക്രോസ്ഫിയർ, മൈക്രോകോളം, മൈക്രോറിംഗ്, മറ്റ് ജ്യാമിതികൾ എന്നിവ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ഇത് ഒരുതരം രൂപാന്തര ആശ്രിത ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്ററാണ്. മൈക്രോകാവിറ്റികളിലെ പ്രകാശ തരംഗങ്ങൾ മൈക്രോകാവിറ്റി ഇന്റർഫേസിൽ പൂർണ്ണമായും പ്രതിഫലിക്കുന്നു, അതിന്റെ ഫലമായി വിസ്പറിംഗ് ഗാലറി മോഡ് (WGM) എന്ന ഒരു റെസൊണൻസ് മോഡ് ഉണ്ടാകുന്നു. മറ്റ് ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്ററുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, മൈക്രോറെസൊണേറ്ററുകൾക്ക് ഉയർന്ന Q മൂല്യം (106-ൽ കൂടുതൽ), കുറഞ്ഞ മോഡ് വോളിയം, ചെറിയ വലിപ്പം, എളുപ്പത്തിലുള്ള സംയോജനം മുതലായവയുടെ സവിശേഷതകളുണ്ട്, കൂടാതെ ഉയർന്ന സെൻസിറ്റിവിറ്റി ബയോകെമിക്കൽ സെൻസിംഗ്, അൾട്രാ-ലോ ത്രെഷോൾഡ് ലേസർ, നോൺലീനിയർ ആക്ഷൻ എന്നിവയിൽ പ്രയോഗിച്ചിട്ടുണ്ട്. മൈക്രോകാവിറ്റികളുടെ വ്യത്യസ്ത ഘടനകളുടെയും വ്യത്യസ്ത രൂപാന്തരങ്ങളുടെയും സവിശേഷതകൾ കണ്ടെത്തി പഠിക്കുക, ഈ പുതിയ സവിശേഷതകൾ പ്രയോഗിക്കുക എന്നതാണ് ഞങ്ങളുടെ ഗവേഷണ ലക്ഷ്യം. പ്രധാന ഗവേഷണ ദിശകളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു: WGM മൈക്രോകാവിറ്റിയുടെ ഒപ്റ്റിക്കൽ സ്വഭാവസവിശേഷത ഗവേഷണം, മൈക്രോകാവിറ്റിയുടെ നിർമ്മാണ ഗവേഷണം, മൈക്രോകാവിറ്റിയുടെ പ്രയോഗ ഗവേഷണം മുതലായവ.

WGM മൈക്രോകാവിറ്റി ബയോകെമിക്കൽ സെൻസിംഗ്

പരീക്ഷണത്തിൽ, സെൻസിംഗ് അളക്കലിനായി നാല്-ഓർഡർ ഹൈ-ഓർഡർ WGM മോഡ് M1(ചിത്രം 1(എ)) ഉപയോഗിച്ചു. ലോ-ഓർഡർ മോഡുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഹൈ-ഓർഡർ മോഡിന്റെ സെൻസിറ്റിവിറ്റി വളരെയധികം മെച്ചപ്പെട്ടു (ചിത്രം 1(ബി)).

ചിത്രം 1. മൈക്രോകാപ്പിലറി അറയുടെ റെസൊണൻസ് മോഡ് (എ) യും അതിന്റെ അനുബന്ധ റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചിക സംവേദനക്ഷമതയും (ബി)

ഉയർന്ന Q മൂല്യമുള്ള ട്യൂൺ ചെയ്യാവുന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫിൽട്ടർ

ആദ്യം, റേഡിയൽ പതുക്കെ മാറുന്ന സിലിണ്ടർ മൈക്രോകാവിറ്റി പുറത്തെടുക്കുന്നു, തുടർന്ന് റെസൊണന്റ് തരംഗദൈർഘ്യം മുതൽ ആകൃതി വലുപ്പത്തിന്റെ തത്വത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി കപ്ലിംഗ് സ്ഥാനം യാന്ത്രികമായി നീക്കുന്നതിലൂടെ തരംഗദൈർഘ്യ ട്യൂണിംഗ് നേടാനാകും (ചിത്രം 2 (എ)). ട്യൂണബിൾ പ്രകടനവും ഫിൽട്ടറിംഗ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും ചിത്രം 2 (ബി) യിലും (സി) യിലും കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. കൂടാതെ, ഉപ-നാനോമീറ്റർ കൃത്യതയോടെ ഉപകരണത്തിന് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഡിസ്‌പ്ലേസ്‌മെന്റ് സെൻസിംഗ് സാക്ഷാത്കരിക്കാൻ കഴിയും.

ചിത്രം 2. ട്യൂണബിൾ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫിൽറ്റർ (എ), ട്യൂണബിൾ പെർഫോമൻസ് (ബി), ഫിൽറ്റർ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് (സി) എന്നിവയുടെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം.

WGM മൈക്രോഫ്ലൂയിഡിക് ഡ്രോപ്പ് റെസൊണേറ്റർ

മൈക്രോഫ്ലൂയിഡിക് ചിപ്പിൽ, പ്രത്യേകിച്ച് എണ്ണയിലെ തുള്ളിക്ക് (എണ്ണയിലെ തുള്ളി), ഉപരിതല പിരിമുറുക്കത്തിന്റെ സവിശേഷതകൾ കാരണം, പതിനായിരക്കണക്കിന് അല്ലെങ്കിൽ നൂറുകണക്കിന് മൈക്രോണുകളുടെ വ്യാസത്തിന്, അത് എണ്ണയിൽ സസ്പെൻഡ് ചെയ്യപ്പെടുകയും ഏതാണ്ട് പൂർണ്ണമായ ഒരു ഗോളം രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യും. റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചികയുടെ ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ വഴി, തുള്ളി തന്നെ 108-ൽ കൂടുതൽ ഗുണമേന്മയുള്ള ഘടകമുള്ള ഒരു തികഞ്ഞ ഗോളാകൃതിയിലുള്ള റെസൊണേറ്ററാണ്. എണ്ണയിലെ ബാഷ്പീകരണ പ്രശ്നവും ഇത് ഒഴിവാക്കുന്നു. താരതമ്യേന വലിയ തുള്ളികൾക്ക്, സാന്ദ്രത വ്യത്യാസങ്ങൾ കാരണം അവ മുകളിലോ താഴെയോ വശങ്ങളിലെ ഭിത്തികളിൽ "ഇരിക്കും". ഈ തരത്തിലുള്ള തുള്ളിക്ക് ലാറ്ററൽ എക്‌സൈറ്റേഷൻ മോഡ് മാത്രമേ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയൂ.