Elastic scattering of Gaussian beams from microspheres

Abstract

Mikrokürelerden Gaussian Işık Demetinin Esnek SaçılımıÖzetMikroküreler yüksek kalite faktörlü yapısal çınlamaları ile mikroçınlaçlararasinda önemli bir yer kazanmışlardır. Mikrokürelerin bir çok uygulamalarıgerçekleştirilmiştir. Mikroküre çınlamalarının dalgaboyu seçiciliği süzgeçleme,çoğullama ve kanal düşürme uygulamalarında kullanılmıştır. Mikroküreleredayalı biyoalgılayıcılar yüksek duyarlılıkları ve seçicilikleri dolayısıyla fotoniktopluluğunun ilgisini çekmektedir. Farklı biyomoleküllerin kürenin yüzeyinekaplanması, kürenin etkin büyüklüğünde ve kırılma indisinde değişmeye yolaçarak, çınlama dalgaboyunun kaymasına neden olur. Bu olguya dayalı birbiyoalgılayıcı, tek bir molekülü bile hassas bir şekilde tespit edebilir.Bu çalışmada, Genelleştirilmiş Lorenz-Mie Teorisi (GLMT) kullanılarak,yapısal çınlamalar üzerindeki gökkuşağı etkisi incelenmiştir. GLMT küreGaussian ışık demeti etkileşimini doğru olarak tanımlamayan analitik biryöntemdir. Gökkuşağının kürelerin yapısal çınlamaları üzerindeki etkisinigözlemlemek için açısal olarak çözümlenmiş Gaussian ışık saçılımı tayflarıincelendi. Elde edilen sonuçlar, gökkuşağının yapısal çınlamaların çevresindesaçılma yoğunluğunu artırdığını göstermektedir. Ayrıca, gökkuşağı açılarınınçevresinde saçılan ışığın faz davranışının değişimi incelenmiştir. Gökkuşağıetkisi ile yoğunluğu artırılmış çınlamalar ve faz davranışları, algılamauygulamalarında kullanılabilecek yüksek kalite faktörlü çınlamaları daha dabelirginleştirmektedir.

Elastic Scattering Gaussian Beams from MicrospheresAbstractMicrospheres have received increasing attention as optical microcavityresonators due to their high quality Morphology Dependent Resonances(MDRs). Numerous applications have been realized by using microsphereMDRs in photonics, optoelectronics, and optical communication systems.Wavelength selective properties of resonances in microspheres have beenused as a building block for filtering, multiplexing, switching, and channeldropping applications. Microsphere based biosensors has been attractingthe attention of the photonics community due to their high sensitivity,selectivity and implementation. Adsorption of different biomolecules on thesurface of microspheres causes a change of effective size and refractiveindex leading to the shift of resonance wavelengths. A photonic biosensor,based on this phenomenon, can detect a single molecule sensitivelydepending on the configuration.In this work, rainbow effects on microspheres are studied numericallyby using Generalized Lorenz Mie Theory (GLMT). GLMT description ofGaussian beam scattering by a microsphere is an excellent analytical toolto accurately model the sphere-Gaussian-beam interaction. Angularlyresolved Gaussian beam scattering spectra are presented to observe theeffect of rainbows on MDRs. Obtained results show that rainbows give riseto increased scattering intensity around MDRs. Phase behavior of the totalscattered field is observed in the spectra around rainbow angles. Therainbow-enhanced MDRs and associated phase characteristics provide anadditional enhancement of the already sharp MDRs of microspheres forsensing applications.