光学微环谐振器同时测量折射率与温度方法

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"Simultaneous measurement of refractive index and temperature using a microring resonator" 本文提出了一种利用微环谐振器同时测量折射率和温度变化的方法,并进行了理论验证。微环谐振器在光学传感器领域具有广泛的应用,因为它们能够以高灵敏度探测物理或化学参数的变化。在该研究中,研究人员特别关注了液芯二氧化硅微环谐振器,这种谐振器的两个不同阶次的 Whispering Gallery 模式(WGMs)不仅对折射率有响应,而且对温度变化也有不同的敏感性。 Whispering Gallery 模式是光在微环谐振器内部沿表面传播时形成的模式,其名称来源于声学中的类似现象,即声音在圆柱体壁面上的低频共振。在这种光学系统中,光可以在微环内多次反射,形成高品质因数(Q因子)的谐振,使得微小的折射率或温度变化能引起显著的光强变化。 为了同时测定折射率和温度,研究者定义了一个二次传感矩阵。这个矩阵基于不同阶次的 WGMs 的响应,可以解耦折射率和温度的影响,从而实现两者的同时精确测量。通过这种方法,理论上可以达到亚ppm级别的折射率检测限(10^-7 RI单位)和毫开尔文级别的温度检测限(10^-3 K)。 微环谐振器的优势在于其紧凑的尺寸、高灵敏度和潜在的集成能力,使其成为监测环境变化、生物医学应用以及光通信等领域中理想的选择。例如,在化学和生物学实验中,它可以用来监测溶液的折射率变化,从而推断出溶质浓度或生物分子的存在。而在温度监测方面,它可能应用于热管理、环境监控或极端条件下的温度测量。 这项工作为同时测量折射率和温度提供了一种创新的解决方案,进一步推动了微环谐振器在精密传感领域的应用。通过优化谐振器设计和提高信号处理技术,未来可能会实现更高级别的性能和更高的测量精度。
2023-06-08 上传