来自量子光学?光学应用更好的微环传感器!

  • 日期:07-21
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调整微环传感器的设计可以在不增加实现复杂度的前提下提高其灵敏度。光学传感是光学科学中最重要的应用之一。它在天文学、环境科学、工业和医学诊断中发挥着重要作用。

尽管光学传感方案的多样性,但它们都有一个共同的原则:要测量的量必须在系统的光学响应上留下“指纹”。指纹可以是它的透射、反射或吸收。这些效应越强,系统的响应就越强。虽然在宏观层面上这是非常有效的,但是测量引起弱反应的微量和微量是一项具有挑战性的任务。

研究人员已经开发出克服这一困难和提高设备灵敏度的技术。其中一些技术依赖于复杂的量子光学概念和实现,已经被证明是有用的,例如在LIGO项目中的引力波传感。另一些则通过将光捕获在称为光学谐振器的小盒子中,成功地检测出微小的粒子和相对较大的生物成分。然而,检测小纳米颗粒和最终单个分子的能力仍然是一个挑战。目前的研究集中在一种特殊类型的光捕获设备上。

这种被称为微环或微环谐振器的装置可以增强光与被探测分子之间的相互作用。然而,这些器件的灵敏度受其基本物理特性的限制。密歇根理工大学、宾夕法尼亚州立大学和中佛罗里达大学的物理学家和工程师在[0x9A8b]中介绍了他们的研究,为了将灵敏度与鲁棒性结合起来,他们提出了一种新型传感器。基于新的异常曲面概念:由异常点组成的曲面。

要理解离群值的含义,请考虑一把只有两条弦的假想小提琴。一般来说,这种小提琴只能产生两种不同的音调,即,这与传统的光学谐振器相对应。如果一根弦的振动能改变另一根弦的振动,使声音和弹性振动只产生一个音调和一个弦的集体运动,那么系统就有例外。显示异常值的物理系统非常脆弱。换言之,任何微小的干扰都会极大地改变其行为,使系统对小信号高度敏感。物理副教授Ramy El Ganainy说:“尽管有这样的前景,特殊的基于点的传感器也能提高灵敏度。”

一种特殊的基于表面的传感器,微环谐振器,与端镜的波导和部分反射光耦合,提高了灵敏度。图片:Ramy El Ganainy和Qi Zhong

这也是它们的致命弱点:这些设备对不可避免的制造错误和不必要的环境变化非常敏感。本文的第一作者、目前正在密西根理工大学攻读博士学位的研究生钟琦说:“目前提议引入一个新的系统来缓解这些问题。”该系统的灵敏度与以前的研究报告相同,对大多数不可检测的实验具有很强的不确定性。抵抗的能力。尽管微环传感器的设计仍在改进,研究人员希望通过改进这些设备,看似微小的光学观测将产生巨大的影响。