光学微瓶谐振腔传感器研究进展

作为光学微腔的一类,回音壁模式微瓶谐振腔可将光限制在极小三维区域振荡,具有高品质因子和低模式体积的特点。此外,其天然的中空通道可与微流控技术相结合,是实现光流传感器的重要平台。文章首先概述微瓶谐振腔的发展历程;然后简述微瓶谐振腔的传感机理,包括模式漂移、模式劈裂和模式展宽;接着对微瓶谐振腔理论模型和制备工艺进行介绍;随后着重阐述空心微瓶谐振腔的传感应用,包括温度传感、压力及超声波传感、生化传感、气体传感、磁场传感、液体属性传感、水凝胶相位传感等;最后对微瓶谐振腔的传感应用进行总结和展望。

空心微瓶谐振腔的曲率模型及其传输特性研究

提出了有关空心微瓶谐振腔的曲率变化模型并且研究了曲率对其传输特性的影响。仿真分析了微瓶谐振腔内回音壁模式的分布情况,随着曲率的增加,微瓶谐振腔对回音壁模式的束缚能力越强,使得内部光场能量也相应增加。通过控制熔接机的放电次数制得不同曲率的空心微瓶谐振腔,并且根据理想气体状态方程,推导了制备工艺中曲率模型,研究了空心微瓶谐振腔的曲率随放电次数的变化趋势。实验结果表明,曲率越大的空心微瓶谐振腔品质因子越高,可达到7.26×10~5,该结论在提升谐振腔的品质因子方面具有重要价值。

空心微瓶谐振腔的封装及折射率传感特性研究

为提高传感器的稳定性和便携性,提出一种基于空心微瓶谐振腔的折射率传感器,对系统进行封装并对其折射率传感特性进行研究。仿真分析不同壁厚下空心微瓶谐振腔径向回音壁模式的光场分布,光场在微瓶内部的占比随着器件壁厚的减少而增加,有利于提高传感灵敏度。为减小空心微瓶谐振腔的壁厚,利用氢氟酸对石英毛细管进行腐蚀,使用光纤熔接机制备了薄壁空心微瓶谐振腔。采用紫外胶将耦合系统封装固定在载玻片上,器件稳定性和便携性得到提升。研究了封装器件在不同折射率匹配液下的传感特性,器件传感灵敏度为26.50 nm/RIU。该传感器具有稳定性强、灵活性高、损耗小等优点,在光微流控折射率检测方面拥有很大的应用潜力。

基于PDMS增敏空芯微瓶谐振腔的高灵敏温度传感器

提出并实现了一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)增敏空芯微瓶谐振腔(PS-HCMR)的高灵敏温度传感器。采用提拉镀膜法在高Q值(~7.83×10^(7))PS-HCMR表面均匀涂敷一层PDMS薄膜以实现热敏功能化,基于PS-HCMR回音壁模共振谱的热敏感性以及PDMS的高热光效应和热膨胀效应,实现了对温度信号的高灵敏度感知与测量。实验结果表明:当膜层厚度为150μm时,温度灵敏度可达0.127 nm·℃^(-1),相比于纯SiO_(2)HCMR提高了32倍。所提出的PS-HCMR的温度传感器具有灵敏度高、制备简单、结构紧凑等优势,在工业化控制、电力系统、环境监测等领域中具有良好的应用前景。