納米粒子或病毒分子的靈敏探測技術(shù),對環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)學(xué)診斷和防恐安全等諸多領(lǐng)域有明顯的實用價值。如,在大氣污染物中,相比微米顆粒(PM2.5),納米懸浮顆??纱┩溉梭w肺部細(xì)胞和血腦屏障,對健康的威脅更大。而目前,靈敏度最高的光學(xué)傳感器可檢測10納米的微粒,已逼近理論極限。近日,湖南師范大學(xué)教授景輝,提出了一種突破靜態(tài)腔探測理論極限的新方案,利用旋轉(zhuǎn)環(huán)形光學(xué)微腔,可使靈敏度達到目前最好的靜態(tài)腔的3倍,從而探測到更小的納米顆粒。這一結(jié)果日前發(fā)表在美國光學(xué)學(xué)會的旗艦期刊《光學(xué)》上。該工作不僅對靈敏探測技術(shù)有明顯實用價值,也為研究新型旋轉(zhuǎn)腔人工量子器件技術(shù)開辟了道路。
根據(jù)光學(xué)傳感器工作原理,當(dāng)微粒靠近傳感器時會影響其中光的傳播,進而影響光輸出。通過在輸出端探測光學(xué)輸出的變化,就可實現(xiàn)微小粒子的檢測。不過,越小的微粒,引起的光學(xué)輸出變化越弱,越不容易被探測。目前實驗學(xué)家已通過抑制光學(xué)耗散或減小傳感器體積等方法來提高靈敏度,但受光耗散或器件體積不可能無限減小的限制,這些技術(shù)方案存在探測的理論極限。
景輝的這一旋轉(zhuǎn)光學(xué)微腔方案,開拓性地提出了利用相對論薩格納克效應(yīng),突破靜態(tài)光學(xué)腔量子探測的理論極限。相對于靜止的光學(xué)傳感器,這種不依賴光學(xué)耗散或器件體積,僅依賴機械轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)腔傳感器可顯著增強微粒對光的影響,放大光學(xué)輸出的變化,進而突破量子探測理論極限,實現(xiàn)超高靈敏度探測。 (俞慧友)
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