具有流路的微光諧振器的封裝與超靈敏傳感。

研究

具有流路的微光諧振器的封裝與超靈敏傳感。

邁向高靈敏度感測的極致

Whispering gallery-mode 微光諧振器具有極高的 Q 值,因此對於諧振器周圍環境的微小變化非常敏感。由於光線可以長時間互動,因此即使複介電率發生微小變化,也可以偵測到吸收(Q 值)或折射率變化(諧振波長)。利用此特性,分子層面的超靈敏光學感測器已被證實。

然而,之前的研究都是在嚴格的實驗室條件下進行的。若要用作感測器,則需要將元件帶出實驗室,這就需要開發光纖及流路的封裝技術。然而,將錐形直徑的奈米光纖用於whispering gallery-mode微型光學諧振器需要透過蒸發光輸入和輸出光線,精確的定位是必不可少的。我們使用體積變化較小的固化劑來包裝奈米錐形纖維和微光學諧振器。我們還將它們與流路整合在一起。這是光流體技術的一個範例,在這個研究領域中,光電路和通道的整合提供了新穎的功能。

圖 1:(a) 諧振器在空氣中和液體中的透射光譜。可透過觀察穿透光譜的移動來進行感測。(b) 用光纖封裝的微型光學諧振器照片,光纖用於流路和輸入/輸出。

NaCl 離子的偵測和 pH 感應被展示為 whispering gallery mode resonator 的感應應用。傳統的 pH 感測器需要使用電極,因此在偵測易燃物質時有一定的引燃風險。這次我們展示了全光學 pH 感測,預計未來可應用於可燃氣體偵測等領域。

圖 2:變更 pH 值時,微光諧振器共振波長的變化。

本研究的部分工作由科學技術研究基金 (15H05429, 25600118) 資助。本研究的部分內容也獲得策略性資訊與通訊研發推廣計畫 (SCOPE) 的資助。