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(jì)量，會讓實(shí)驗(yàn)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[1] ，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。該研究發(fā)表在6月26日的《自然·納米技術(shù)》網(wǎng)站上。

回音廊式激光傳感器

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。

原理

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。

過程

“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(shí)驗(yàn)?zāi)７至眩�并使入射光獲得增益。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。