國內(nèi)新款微型環(huán)形激光傳感器
回音廊式激光傳感器
當(dāng)科學(xué)研究深入到納米領(lǐng)域,由于目標(biāo)太小難以精確計量,會讓實驗變得難以控制。近日,由美國華盛頓大學(xué)科學(xué)家開發(fā)出的微型激光傳感器是屬于一種回音廊式共振傳感器,由硅玻璃制造。工作原理就像英國圣保羅大教堂里著名的回音廊,一邊的人對著廊壁說話,另一邊的人就能聽到。但與回音廊不同的是,這種傳感器共振的不是聲波而是光波。
激光器由底座支起一個“頻率衰減模”(環(huán)路中激光發(fā)射的模式或形狀),兩束激光以相同頻率、相反方向圍繞環(huán)形光路傳播。模場中有一個“短暫尾跡”透過環(huán)表面,探測著周邊環(huán)繞的介質(zhì)。當(dāng)一個微粒落在激光環(huán)上,就會使一個光模中的能量分散到另一個光模中,從而使兩個光模的共振頻率略有不同,使光模發(fā)生分裂,一束激光就分裂為頻率不同的兩束,將它們導(dǎo)入光電探測器,會由于頻率的不同而產(chǎn)生一種“打擊頻率”,從而分別測得兩束激光的頻率。
“由于微型傳感激光器是用溶膠的方法在硅晶片生產(chǎn),增益介質(zhì)很容易改變,所以能大量生產(chǎn)。”論文第一作者、華盛頓大學(xué)圣路易斯分校電學(xué)與系統(tǒng)工程系研究生何麗娜(音譯)說,“人們可以選擇性地混合稀土離子,加入四乙氧基硅烷溶液、水或鹽酸,加熱它們直到變得黏稠,然后旋轉(zhuǎn)覆蓋在硅晶片上,退火后清除溶劑,就形成了完整的非結(jié)晶玻璃。再用蝕刻方法把薄薄的玻璃膜制成硅光盤,在下面用硅柱支撐。最后,通過激光退火處理,使粗糙的硅光盤變成光滑的環(huán)形共振腔?!?
主動共振勝于被動
在早期的研究中,研究小組用普通的玻璃環(huán)作為波導(dǎo),實驗?zāi)7至眩⑹谷肷涔猥@得增益。但這種環(huán)路是被動的,外部激光必須用昂貴的可調(diào)激光,才能涵蓋檢測模分裂所要求的頻率范圍。
國內(nèi)新款微型環(huán)形激光傳感器
新型共振傳感器本身就是一個微型激光器,而不僅僅是外部激光的共振腔。雖然也用玻璃制成,但摻雜了稀土原子作為“增益介質(zhì)”。當(dāng)外部光源達到激發(fā)態(tài)時,共振環(huán)就開始以自身更純的頻率發(fā)射激光。
“用于感測的光是共振器本身從內(nèi)部產(chǎn)生,所以比被動式傳感器更加純凈。如果光不純,就無法看到微小的頻率變化。但主動傳感激光器只有一個頻率,是真正的窄線寬,所以它更加敏感?!鳖I(lǐng)導(dǎo)該研究的該校電學(xué)與系統(tǒng)工程副教授楊蘭(音譯)說,“新型激光環(huán)的敏感性比原來被動傳感器要高出好幾個數(shù)量級,有效分辨率達到1納米。環(huán)路傳播的方式也讓整個系統(tǒng)更加簡單融洽。現(xiàn)在你只需一個光源來激發(fā)光介質(zhì),因此能用上一種廉價的激光二極管,而不是昂貴的可調(diào)激光?!?
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激光傳感器
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