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微球激光在极高灵敏度传感器方面的原理及应用

本文摘要:激光微球腔是其特有的回音壁图案,由于极高的质量因素和较大的图案体积,近年来受到了普遍关注。

激光微球腔是其特有的回音壁图案,由于极高的质量因素和较大的图案体积,近年来受到了普遍关注。在非线性光学、腔量子电动力学、低阈值激光研究和量子光学领域具有最重要的应用。

本文综述了微球激光器的高灵敏度传感器方面的原理和最近的研究进展。第一章微球谐振器是半径为几微米到几百微米的球形光学谐振器。

微球表面再次发生总体反射较大,微球腔将光线约束在赤道平面附近,沿着大圆转动,引起了独特的回音壁图案(whisperinggallerymode,全称WGM或WG)。由于上半场的作用,球外广场被称为传承场,这种光波被称为传播,因此,微球外光线的积累是其暗淡的,因此,它需要将光线限制在小体积内很长时间,完全没有损失,因此,微球谐振器享有将能量长期存储在小体积内的能力,因此备受关注。因此,微球谐振器具有非常高的质量系数(1010以上)和更大的模式体积,因此在非线性光学、腔量子电动力学、低阈值激光和量子光学等研究领域具有优势。

近年来,出现了激光微球谐振器研究的新热点,各国科学家做了很多最重要的工作。加州理工学院的实验组将锥形光纤与微口腔的近场结合,结合效率超过99.97%,这是自1989年Branginsky等首次融化的二氧化硅介质微球通过棱镜结合以来最重要的发展。在理论方面,柴进-华等产生了微球激光器的线性及非线性半经典理论。

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以理论、实验、工艺三路发展为基础,微球激光器在许多领域得到了普遍应用。从Spillane等微球非线性拉曼(Raman)源测量的阈值是以前测量的千分之一。

微球激光腔适用于传感器领域,主要适用于微球谐振器本身内部或自身与外界相互作用的敏感反应(例如频率或频谱的变化)。一般来说,很多外部因素都会产生影响,例如耦合和谐振器之间的距离转换或小物体会影响球外部的消失场,从而影响谐振器的模式。

内部影响的方法有变换腔内光的距离,例如球的应力或折射率的转换。在微球谐振器的作用下,生物传感器、温度传感器、加速度传感器的精度和灵敏度等性能指标有了很大的提高。第二,在非常敏感的生物传感器中的应用是在微球表面附近与外界的消失场相互作用,引起本征模式的细微变化,通过激光波长的变化产生细致的观察效果。鲍尔默等人正是利用这种方法发明了精度前所未有的生物传感器,他的实验组还对这种传感器的工作原理进行了理论分析。

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