产品分类
企业新闻

微调微环传感器的设计,提高他们的灵敏度没有

光学传感是光科学最重要的应用之一。它在天文学、环境科学、工业和医学诊断中发挥着至关重要的作用。

尽管用于光学传感的方案多种多样,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。这些影响越强,系统的响应就越强。

虽然这在宏观层面上很有效,但测量引起微弱反应的微小、微观量是一项具有挑战性的任务。研究人员已经开发出技术来克服这一困难,并提高他们的设备的灵敏度。其中一些技术,依赖于复杂的量子光学概念和实现,确实被证明是有用的,比如LIGO项目中的引力波传感。另一些则是通过将光捕获在称为光学谐振器的小盒子里,成功地探测到微小粒子和相对较大的生物成分。

尽管如此,检测小的纳米粒子并最终检测单个分子的能力仍然是一个挑战。目前的研究主要集中在一种特殊类型的光捕获装置上,这种装置被称为微环或微环形谐振器,可以增强光与被探测分子之间的相互作用。然而,这些装置的灵敏度受其基本物理性质的限制。

来自密歇根理工大学、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他们发表在《物理评论快报》上的文章《利用特殊表面进行传感,以便将灵敏度和鲁棒性结合起来》中提出了一种新型传感器。它们基于异常曲面的新概念:由异常点组成的曲面。

为了理解异常点的含义,考虑一把只有两根弦的假想小提琴。一般来说,这样的小提琴只能产生两种不同的音调——这种情况与传统的光学谐振器相对应。如果一根弦的振动可以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集体的弦运动,那么系统就有一个例外。

表现出异常点的物理系统是非常脆弱的。换句话说,任何微小的扰动都会极大地改变它的行为。该特性使系统对微小信号高度敏感。

物理学副教授Ramy El-Ganainy:“尽管有这样的前景,特殊的基于点的传感器同样提高了灵敏度,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。

我们当前的建议缓解这些问题通过引入一个新系统,具有相同的增强敏感性报道在以前的工作,同时强大的反对大多数uncontrivable实验的不确定性,”忠说,该论文的第一作者和一个研究生目前正在对他密歇根理工大学博士学位。

虽然微环传感器的设计还在不断完善,但研究人员希望通过改进这些设备,看似微小的光学观察将产生巨大的影响。