研究人员实现了微环面谐振器的超高q自由空间耦合
发布时间：2024-05-23 09:49:47 阅读数： 682
a、物镜用于将自由空间光(红光束)耦合到微环形镜中。共振散射光在相反的边缘收集，如橙色光束所示。b，微环面谐振器的扫描电子显微照片(SEM图像)。c，不同温度下的微环面共振波长。d，谐振波长位移随温度的变化。线性拟合显示为黑色实线。Credit: Sartanee Suebka, Euan McLeod & Judith Su
亚利桑那大学的科学家们利用一个单物镜实现了光与超高质量因子微环体的远场耦合。这可以为一个全片上多路复用微环传感平台提供基础。论文发表在《光:科学与应用》杂志上。
许多生化应用都需要快速灵敏的无标签传感器，包括早期诊断和预测、监测食品和水质、化学威胁传感和早期检测有害气体。窃窃廊模式(WGM)微环面光学谐振器是目前最灵敏的生物化学传感器之一，能够进行单分子检测。光通常使用锥形光纤耦合到这些谐振器中，这种光纤容易断裂，受到振动噪声的影响，制造时间长，需要笨重且昂贵的仪器以及专业知识。锥形光纤的使用是将这些传感器发射到实验室之外的主要障碍。在Judith Su教授的带领下，来自亚利桑那大学Wyant光学科学学院和生物医学工程系的一个研究小组展示了一种通过执行信噪比> 26 dB的远场激励来消除对锥形光纤需求的方法。这是通过使用单物镜进行谐振腔激发，监测共振波长和成像来完成的。该系统比锥形光纤耦合器更紧凑、更经济、更稳定。不再需要拉锥形纤维的复杂过程。使用直径为100微米的微环体获得了超高质量因子(> 108)。苏的团队表明，通过使用高度发散的激光束来提高远场耦合效率是可能的，并且通过扫描远场光束，可以研究谐振器内部的电场分布。实现远场励磁系统使全片微环形谐振器传感平台在现场使用是可行的。苏的团队之前已经证明，微环形谐振器可以检测到低万亿分之一的有害气体，因此一种实际使用的有害气体早期检测系统可以很快开发出来。通过温度传感实验验证了该系统的传感性能。与此同时，苏的团队正在研究将该系统用于水环境中的生物传感检测，以及将传感器复用以同时进行多目标检测。
“我们相信，这种远场耦合系统可以用于光谱学和生物传感，并且是一个完全片上微环形谐振器传感平台的基础。这种方法使我们的实验容易得多。我们的目标是使我们的系统小型化，使其更便于实际使用，”论文的第一作者Sartanee Suebka说。
