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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)

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(kāi)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(kāi)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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