材質(zhì)

新型共振傳感器本身是一個微型激光器，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(dá)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。

性能

“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(dá)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�，F(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�！�

探測多種微粒

小微粒在日常生活中扮演重要角色，而人們通常忽視了它們。病毒微粒讓我們生病，鹽微粒形成了云，煙灰微粒進(jìn)入我們的肺，讓我們難以呼吸。為了探測各種小微粒，研究人員用不同大小和材質(zhì)的納米微粒測試了微激光器的性能，包括聚苯乙烯、病毒粒子和黃金微粒。

特性

一顆微粒對于一束激光模的影響依賴于它的“極化性”，“極化性”是微粒大小和折射率的函數(shù)。當(dāng)微粒一個個進(jìn)入微激光的“模式圈”，探測器頻率上就會出現(xiàn)獨(dú)立的上下跳動，形成打擊頻率。每個獨(dú)立跳動信號都表示有一個微粒撞到了環(huán)上，跳動的次數(shù)就反映了微粒的數(shù)量。

原理

激光傳感器是通過“共振場”把微粒捕獲到共振器上，一旦微粒落到激光環(huán)上就很難落下來。當(dāng)微粒太多時，激光線寬就會變得模糊，最終導(dǎo)致無法探測到新分裂的頻率變化�！爱�(dāng)線寬和分裂變化相當(dāng)時，就不能再測了，如果需要你可以換一個來用�！睏钐m說。以金粒子為例，同一個激光器模能探測到816個金納米粒子。

微激光器能同時支持多個光模。用兩個光模重疊檢測能生成兩個打擊頻率，能預(yù)防探測中的“疏忽”，確保每個微粒都能產(chǎn)生可探測的打擊頻率。

介質(zhì)

改變微激光器的增益介質(zhì)，能感測不同介質(zhì)中的微粒，研究小組正在研究利用增強(qiáng)微激光的敏感性來解決多種問題。如感測空氣中微粒的用鉺元素(一種稀土元素)來摻雜，其光學(xué)屬性與空氣正好符合。感測水中微粒的用鐿元素來摻雜，水對鐿發(fā)出的激光波長吸收率很低。最終還將用于檢測血液中微粒的數(shù)量。

展望

楊蘭表示，這種傳感激光器有望商業(yè)化，廣泛用于從生物到航空科學(xué)各個領(lǐng)域。近期內(nèi)可能用于監(jiān)控環(huán)境中粒子的動態(tài)行為、單純粒子濃度變化等。下一步將通過改進(jìn)微激光器的光路和增益介質(zhì)，用來探測DNA和單個生物分子。