微納光子學(xué)主要研究在微納尺度下光與物質(zhì)相互作用的規(guī)律及其光的產(chǎn)生、 傳輸、調(diào)控、探測和傳感等方面的應(yīng)用。微納光子學(xué)亞波長器件能有效提高光子集成度，有望像電子芯片一樣把光子器件集成到尺寸很小的單一光芯片上。納米表面等離子體學(xué)是一新興微納光子學(xué)領(lǐng)域，主要研究金屬納米結(jié)構(gòu)中光與物質(zhì)的相互作用。它具有尺寸小，速度快和克服傳統(tǒng)衍射極限等特點。納米等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，具有良好的局域場增強(qiáng)和共振濾波特性，是制作納米濾波器、波分復(fù)用器、光開關(guān)、激光器等微納光器件的基礎(chǔ)。光學(xué)微腔將光束縛在微小的區(qū)域內(nèi)，極大地增強(qiáng)了光與物質(zhì)的相互作用。因此高品質(zhì)因子的光學(xué)微腔是高靈敏度傳感和探測的重要方式。

WGM微腔

 近年來，光學(xué)微腔由于其巨大的應(yīng)用潛力和科學(xué)意義而備受關(guān)注，獲得深入研究。光學(xué)微腔主要包括微球、微柱、微環(huán)等幾何形貌，它是一種形貌依賴的光學(xué)諧振腔。微腔內(nèi)的光波由于在微腔界面發(fā)生全反射，從而會產(chǎn)生被稱為耳語回廊模（whispering gallery mode, WGM）的共振模式。相對于其他的光學(xué)共振腔，微腔具有高Q值（大于10⁶）、低模式體積、體積小易于集成等特點，已經(jīng)應(yīng)用到高靈敏度生化傳感，超低閾值的激光器和非線性作用等方面。我們的研究目標(biāo)是尋找和研究不同結(jié)構(gòu)和不同形貌微腔的特性，并且應(yīng)用這些新特性。主要的研究方向包括：WGM微腔的光學(xué)特性研究，微腔的制作研究，微腔的應(yīng)用研究等。

WGM微腔生化傳感

實驗利用四階的高階WGM模式M1（圖1 (a)）來進(jìn)行傳感測量，相對低階的模式，高階模式的靈敏度會獲得極大的提升（ 圖 1(b)）。

圖1. 微毛細(xì)管諧振腔的共振模式（a）及其相對應(yīng)的折射率靈敏度（b）

高Q值的可調(diào)諧光學(xué)濾波器

首先拉制出徑向緩變的柱形微腔，然后利用共振波長以來形貌尺寸的原理，通過機(jī)械移動耦合位置就可以實現(xiàn)波長調(diào)諧（圖 2 (a)），其可調(diào)諧性能和濾波帶寬見圖 2 (b)和(c)。另外，該裝置可以實現(xiàn)亞納米精度的光學(xué)位移傳感。

圖2.可調(diào)諧光學(xué)濾波器的示意圖(a)，可調(diào)諧性能(b)和濾波帶寬(c)

WGM微流液滴諧振腔

在微流控芯片內(nèi)，尤其是針對油里面的液滴（droplet-in-oil）的情況，由于表面張力的特性，對于直徑在數(shù)十甚至數(shù)百微米級別的液滴，其將懸浮在油中，形成一個近乎完美的球體。通過折射率的優(yōu)化，液滴自身就是一個完美的球形諧振腔，品質(zhì)因子達(dá)到10⁸以上。同時在油里面避免了蒸發(fā)的問題。對于體積相對較大的液滴，由于密度差其將“坐”在上側(cè)壁或者下側(cè)壁。此類型液滴只能采用橫向激勵模式。在微流管道中，如圖3(b)所示，在微流管道的兩側(cè)壁構(gòu)造兩個45度的反射面，以提高激勵和收集效率。如需要進(jìn)一步提高效率，也可采用如圖(c)的方式，錐形斜面可以收集各個方向的光。

圖3.微液滴諧振腔的激發(fā)和接收設(shè)計