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突破理論極限 我科學(xué)家提出超靈敏納米探測(cè)新技術(shù)

2018-12-03 16:12:28 來(lái)源: 科技日?qǐng)?bào)
納米粒子或病毒分子的靈敏探測(cè)技術(shù)，對(duì)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(shí)用價(jià)值。如，在大氣污染物中，相比微米顆粒(PM2.5)，納米懸浮顆粒可穿透人體肺部細(xì)胞和血腦屏障，對(duì)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(cè)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(cè)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(dá)到目前最好的靜態(tài)腔的3倍，從而探測(cè)到更小的納米顆粒。這一結(jié)果日前發(fā)表在美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)的旗艦期刊《光學(xué)》上。該工作不僅對(duì)靈敏探測(cè)技術(shù)有明顯實(shí)用價(jià)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(shí)會(huì)影響其中光的傳播，進(jìn)而影響光輸出。通過(guò)在輸出端探測(cè)光學(xué)輸出的變化，就可實(shí)現(xiàn)微小粒子的檢測(cè)。不過(guò)，越小的微粒，引起的光學(xué)輸出變化越弱，越不容易被探測(cè)。目前實(shí)驗(yàn)學(xué)家已通過(guò)抑制光學(xué)耗散或減小傳感器體積等方法來(lái)提高靈敏度，但受光耗散或器件體積不可能無(wú)限減小的限制，這些技術(shù)方案存在探測(cè)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(duì)論薩格納克效應(yīng)，突破靜態(tài)光學(xué)腔量子探測(cè)的理論極限。相對(duì)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(jī)械轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)腔傳感器可顯著增強(qiáng)微粒對(duì)光的影響，放大光學(xué)輸出的變化，進(jìn)而突破量子探測(cè)理論極限，實(shí)現(xiàn)超高靈敏度探測(cè)。

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