聚合物微球 Whispering-Gallery 模式激光器用于湿度传感

0 下载量 102 浏览量 更新于2024-08-29 收藏 761KB PDF 举报
" Whispering-gallery 模式激光器在聚合物微球中的应用,用于湿度传感" 本文报道了一种基于高质量(Q 值)回音壁模式(WGM)共振的微激光器,这种微激光器在生物传感和成像应用中具有巨大的潜力。研究者通过控制乳液溶剂蒸发法成功制备了染料掺杂的聚合物微球。在单个微球中,利用飞秒激光泵浦实现了低阈值和高Q因子的WGM激光。这种微激光器的一个关键特性是其对环境相对湿度(RH)的敏感性。当水分子暴露于微球附近时,由于湿度的轻微变化,可以监测到激光模式的位移,从而显示出高达6 pm/RH%的高灵敏度。 微球的制造工艺是实现WGM激光的关键步骤。控制乳液溶剂蒸发方法使得聚合物微球具有均匀的结构和理想的光学特性,这对于维持稳定的WGM非常重要。WGM激光器的工作原理是,光在微球的边界上连续反射,形成类似于教堂回音壁的效果,即光在微球内部绕行多次,导致非常高Q因子的谐振模式。高Q因子意味着微激光器可以在较低的激发功率下工作,这对于节能和提高灵敏度至关重要。 湿度传感应用中,聚合物微球激光器的响应源于微球对环境湿度变化的敏感性。当湿度增加时,微球表面的折射率会发生变化,进而影响WGM的共振频率。通过精确测量激光模式的频率位移,可以实时监测环境湿度的变化,这在环境监控、工业过程控制以及医疗诊断等领域具有潜在的应用价值。 此外,染料掺杂是增强微球激光性能的一种手段,染料能够吸收泵浦光并将其转化为激光辐射,使得微激光器能够在特定波长范围内高效工作。实验中使用的飞秒激光泵浦技术是一种非线性光学过程,它能够快速激发染料分子并启动激光振荡,从而实现低阈值激光发射。 总结来说,这篇论文展示了基于聚合物微球的WGM激光器在湿度传感方面的创新应用,这种激光器具有低阈值、高灵敏度的特性,有望推动微纳光学传感器的发展,并为生物传感和成像领域带来新的解决方案。同时,该研究也为设计和优化新型微激光器提供了理论依据和技术参考。