微納光子學主要研究在微納尺度下光與物質相互作用的規(guī)律及其光的產(chǎn)生、 傳輸、調控、探測和傳感等方面的應用。微納光子學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是一新興微納光子學領域，主要研究金屬納米結構中光與物質的相互作用。它具有尺寸小，速度快和克服傳統(tǒng)衍射極限等特點。納米等離子體波導結構，具有良好的局域場增強和共振濾波特性，是制作納米濾波器、波分復用器、光開關、激光器等微納光器件的基礎。光學微腔將光束縛在微小的區(qū)域內，極大地增強了光與物質的相互作用。因此高品質因子的光學微腔是高靈敏度傳感和探測的重要方式。

WGM微腔

 近年來，光學微腔由于其巨大的應用潛力和科學意義而備受關注，獲得深入研究。光學微腔主要包括微球、微柱、微環(huán)等幾何形貌，它是一種形貌依賴的光學諧振腔。微腔內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。我們的研究目標是尋找和研究不同結構和不同形貌微腔的特性，并且應用這些新特性。主要的研究方向包括：WGM微腔的光學特性研究，微腔的制作研究，微腔的應用研究等。

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. 微毛細管諧振腔的共振模式（a）及其相對應的折射率靈敏度（b）

高Q值的可調諧光學濾波器

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，通過機械移動耦合位置就可以實現(xiàn)波長調諧（圖 2 (a)），其可調諧性能和濾波帶寬見圖 2 (b)和(c)。另外，該裝置可以實現(xiàn)亞納米精度的光學位移傳感。

圖2.可調諧光學濾波器的示意圖(a)，可調諧性能(b)和濾波帶寬(c)

WGM微流液滴諧振腔

在微流控芯片內，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，品質因子達到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”在上側壁或者下側壁。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，在微流管道的兩側壁構造兩個45度的反射面，以提高激勵和收集效率。如需要進一步提高效率，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)和接收設計