Esperimenti

Risonatori ottici a modo di galleria

Nel corso degli anni, lo studio e sviluppo dei risonatori ottici ha permesso progressi enormi in diversi campi della ricerca fondamentale ed applicata. Su piccole scale, dai micron ai millimetri, microsfere e microtoroidi dielettrici hanno mostrato fattori di qualità elevatissimi che sono stati sfruttati per sensing bio-chimico, laser ed esperimenti di ottica non-lineare. Ad esempio, sono stati realizzati microrisonatori di silice nei quali sono stati eccitati whispering gallery modes attraverso l’utilizzo di fibre rastremate ed è stata applicata la spettroscopia ring-down per rivelazione di specie chimiche nello spettro del vicino infrarosso. Nell’ambito di questa attività, è stata recentemente esplorata l’idea di sviluppare microcavità ottiche liquide, cioè una goccia di liquido dove la luce può essere intrappolata e risuonare con bassissime perdite. dimostrando, per la prima volta, la possibilità di usare delle gocce come sensori passivi. In un lavoro recente, abbiamo dimostrato che gocce di olio, sospese ad un sottile filo verticale per tensione di superficie, possono esere utilizzate allo stesso modo delle microsfere solide.
La goccia è contemporaneamente sia il sensore sia il campione, la radiazione intrappolata al suo interno è usata direttamente per interrogare analiti e nanoparticelle dissolte nel liquido. Attraverso accoppiamento laser free-space sono stati eccitati whispering gallery modes nella goccia, il laser è stato poi agganciato in frequenza ai modi di risonanza della cavità liquida. I fattori di qualità ottenuti vanno da 10⁵ a 10⁷ nelle regioni spettrali del vicino infrarosso e del visibile. Per alcune lunghezze d’onda del visibile, in soluzioni acquose, il fattore di qualità può superare 10⁸.
Nanostrutture e nanoparticelle possono essere facilmente combinate con questi risonatori aprendo la strada a futuri schemi di rivelazione per misure spettroscopiche e rifrattive. In generale, le tecniche allo studio si prestano ad applicazioni in diversi campi, quali spettroscopia, bo-sensing, caratterizzazione di materiali e ottica non-lineare. In particolare, è possibile osservare accoppiamenti tra la luce radiazione risonante nelle microcavità a goccia ed i suoi modi di vibrazione, nella prospettiva di realizzare microoscillatori meccanici allo stato liquido.

Un goccia come cavità ottica