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2018-12-03 16:12:28
突破理論極限 我科學家提出超靈敏納米探測新技術
2018-12-03 16:12:28
來源: 科技日報
納米粒子或病毒分子的靈敏探測技術，對環境監控、醫學診斷和防恐安全等諸多領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)，納米懸浮顆粒可穿透人體肺部細胞和血腦屏障，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，湖南師范大學教授景輝，提出了一種突破靜態腔探測理論極限的新方案，利用旋轉環形光學微腔，可使靈敏度達到目前最好的靜態腔的3倍，從而探測到更小的納米顆粒。這一結果日前發表在美國光學學會的旗艦期刊《光學》上。該工作不僅對靈敏探測技術有明顯實用價值，也為研究新型旋轉腔人工量子器件技術開辟了道路。
根據光學傳感器工作原理，當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輸出的變化，就可實現微小粒子的檢測。不過，越小的微粒，引起的光學輸出變化越弱，越不容易被探測。目前實驗學家已通過抑制光學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，這些技術方案存在探測的理論極限。
景輝的這一旋轉光學微腔方案，開拓性地提出了利用相對論薩格納克效應，突破靜態光學腔量子探測的理論極限。相對于靜止的光學傳感器，這種不依賴光學耗散或器件體積，僅依賴機械轉速的旋轉腔傳感器可顯著增強微粒對光的影響，放大光學輸出的變化，進而突破量子探測理論極限，實現超高靈敏度探測。
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