Confezionamento e rilevamento ultrasensibile di risonatori micro-ottici con percorsi di flusso.

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Confezionamento e rilevamento ultrasensibile di risonatori micro-ottici con percorsi di flusso.

Verso il massimo del rilevamento ad alta sensibilità

I risonatori micro-ottici a galleria sussurrante hanno un valore Q estremamente elevato e sono quindi sensibili a piccoli cambiamenti nell'ambiente circostante il risonatore. Anche lievi variazioni della permittività complessa possono essere rilevate come variazioni dell'assorbimento (valore Q) o dell'indice di rifrazione (lunghezza d'onda di risonanza), poiché la luce può interagire a lungo. Utilizzando questa proprietà, sono stati dimostrati sensori ottici ultrasensibili a livello molecolare.

Tuttavia, gli studi precedenti sono stati condotti in condizioni rigorose di laboratorio. Per essere utilizzati come sensori, gli elementi devono essere portati fuori dal laboratorio, il che richiede lo sviluppo di tecniche di confezionamento con fibre ottiche e percorsi di flusso. Tuttavia, l'uso di nanofibre con un diametro affusolato in un micro-risonatore ottico a galleria sussurrante richiede l'ingresso e l'uscita di luce tramite luce evanescente, ed è essenziale un posizionamento preciso. Abbiamo confezionato le fibre nanotaperate e i micro-risonatori ottici utilizzando un agente indurente a bassa variazione di volume. Li abbiamo anche integrati con percorsi di flusso. Questo è un esempio di optofluidica, un campo di ricerca in cui l'integrazione di circuiti e canali ottici fornisce nuove funzioni.

Fig. 1: (a) Spettri di trasmissione del risonatore in aria e in liquido. Il rilevamento può essere ottenuto osservando lo spostamento dello spettro di trasmissione. (b) Fotografia di un micro risonatore ottico confezionato con fibre ottiche per i percorsi di flusso e l'ingresso/uscita.

Il rilevamento degli ioni NaCl e il rilevamento del pH sono stati dimostrati come applicazioni di rilevamento del risonatore a galleria sussurrante. I sensori di pH convenzionali richiedono un elettrodo, quindi c'è un certo rischio di accensione quando si rilevano materiali infiammabili. Questa volta abbiamo dimostrato un rilevamento del pH completamente ottico, che in futuro dovrebbe portare ad applicazioni come il rilevamento di gas infiammabili.

Fig. 2: Variazione della lunghezza d'onda di risonanza dei risonatori micro-ottici al variare del pH.

Parte di questo lavoro è stato sostenuto dal Fondo di ricerca scientifica e tecnologica (15H05429, 25600118). Parte di questa ricerca è stata finanziata anche dal Programma strategico di promozione della R&S in materia di informazione e comunicazione (SCOPE).