マイクロ・ナノフォトニクスとは何ですか?

マイクロ・ナノ・フォトニクスは主に、マイクロおよびナノスケールでの光と物質の間の相互作用の法則と、光の生成、伝達、制御、検出および感知におけるその応用を研究します。マイクロ・ナノフォトニクスのサブ波長デバイスは、光子の集積度を効果的に向上させることができ、フォトニクスデバイスを電子チップのような小型の光チップに統合することが期待されている。ナノ表面プラズモニクスは、主に金属ナノ構造における光と物質の間の相互作用を研究するマイクロ・ナノフォトニクスの新しい分野です。小型、高速、従来の回折限界を克服するという特徴を持っています。優れた局所電界増強および共振フィルタリング特性を備えたナノプラズマ導波路構造は、ナノフィルター、波長分割多重化装置、光スイッチ、レーザーおよびその他のマイクロ・ナノ光学デバイスの基礎となっています。光マイクロキャビティは光を小さな領域に閉じ込め、光と物質の間の相互作用を大幅に強化します。したがって、高品質係数を備えた光マイクロキャビティは、高感度のセンシングおよび検出の重要な方法です。

WGM マイクロキャビティ

近年、光マイクロキャビティはその大きな応用可能性と科学的意義により大きな注目を集めています。光学的マイクロキャビティは、主にマイクロスフェア、マイクロカラム、マイクロリング、およびその他の形状で構成されています。これは一種の形態依存性光共振器です。マイクロキャビティ内の光波はマイクロキャビティ界面で完全に反射され、ウィスパリング ギャラリー モード (WGM) と呼ばれる共振モードが発生します。他の光共振器と比較して、微小共振器は、高いQ値（106以上）、低いモード体積、小型で集積が容易などの特徴を有しており、高感度生化学センシング、超低閾値レーザーや超低閾値レーザーなどに応用されている。非線形アクション。私たちの研究目標は、マイクロキャビティのさまざまな構造とさまざまな形態の特性を見つけて研究し、これらの新しい特性を適用することです。主な研究方向としては、WGMマイクロキャビティの光学特性研究、マイクロキャビティの作製研究、マイクロキャビティの応用研究などが挙げられます。

WGM マイクロキャビティ生化学センシング

実験では、センシング測定に４次の高次ＷＧＭモードＭ１（図１（ａ））を使用した。高次モードの感度は、低次モードに比べて大幅に向上した（図１（ｂ））。

図 1. マイクロキャピラリーキャビティの共振モード (a) とそれに対応する屈折率感度 (b)

高いQ値を備えた波長可変光フィルター

まず、放射状にゆっくりと変化する円筒状の微小共振器を引き出し、共振波長以降の形状サイズの原理に基づいて結合位置を機械的に移動させることで波長調整を実現します（図2(a)）。調整可能なパフォーマンスとフィルタリング帯域幅を図 2 (b) および (c) に示します。さらに、このデバイスはサブナノメートルの精度で光学式変位センシングを実現できます。

図 2. チューナブル光フィルターの概略図 (a)、チューナブル性能 (b)、およびフィルター帯域幅 (c)

WGM マイクロ流体ドロップ共振器

マイクロ流体チップ内、特に油中の液滴（油中液滴）の場合、表面張力の特性により、直径が数十ミクロン、さらには数百ミクロンの場合、油中に浮遊し、ほぼ完全な球体。屈折率の最適化により、液滴自体は品質係数が 108 以上の完全な球状共振器になります。また、オイル内の蒸発の問題も回避されます。比較的大きな液滴の場合、密度の違いにより上部または下部の側壁に「着座」します。このタイプの液滴は、横方向励起モードのみを使用できます。