带流道的微光共振器的封装和超灵敏感应。

研究

带流道的微光共振器的封装和超灵敏感应。

迈向高灵敏度传感的极致

Whispering gallery-mode微光学谐振器具有极高的Q值,因此对谐振器周围环境的微小变化非常敏感。即使是复数介电常数的轻微变化也可以在吸收(Q值)或折射率变化(共振波长)中捕捉到,因为光可以长时间地相互作用。利用这一特性,分子水平的超灵敏光学传感器已经被证明。

然而,以前的研究都是在严格的实验室条件下进行的。为了作为传感器使用,这些元件需要走出实验室,这需要开发带有光纤和流道的封装技术。然而,使用具有锥形直径的纳米纤维到耳语廊模式的微型光学谐振器,需要通过蒸发光的输入和输出,精确的定位是必不可少的。我们通过使用低体积变化的固化剂来包装纳米锥形纤维和微型光学谐振器。我们还将它们与流动路径结合起来。这是光流体学的一个例子,这是一个研究领域,其中光电路和通道的整合提供了新的功能。

图1:(a)谐振器在空气和液体中的透射光谱。感应可以通过观察传输光谱的转变来实现。(b) 用光纤包装的微型光学谐振器的照片,用于流动路径和输入/输出。

NaCl离子的检测和pH值的感应被证明是耳语廊模式共振器的感应应用。传统的pH传感器需要一个电极,所以在检测易燃物时有一定的点火风险。这一次,我们展示了全光pH值传感,这有望在未来带来可燃气体的检测等应用。

图2:当pH值变化时,微光谐振器的谐振波长的变化。

本研究的部分内容由科学技术研究基金(15H05429,25600118)支持。这项工作的一部分也得到了战略信息和通信研发促进计划(SCOPE)的支持。