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環(huán)形激光傳感器介紹
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2013/1/31

  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。日前,美國華盛頓大學(xué)科學(xué)家開發(fā)出一種比針尖還要小的環(huán)形激光傳感器,能精確探測單個病毒、形成云的微塵顆粒以及空氣中的污染物。改變傳感器中的增益介質(zhì),還能用于探測水中甚至血液中的微粒。

  這種微型激光傳感器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。

  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。“當(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。”楊蘭說。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。

  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。

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