高靈敏度微球激光傳感器基本原理

四、在溫度傳感器中的應(yīng)用

通過改變微球的折射率可以影響諧振腔的本征模式。Rosenberger等在實(shí)驗(yàn)上觀察了激光微球腔與周圍空氣以熱傳導(dǎo)方式(對(duì)流很弱)進(jìn)行的熱交換[11]，發(fā)現(xiàn)周圍空氣溫度的微小改變，使得微球激光的頻率發(fā)生明顯變化(雖然溫度對(duì)折射率的影響很微弱)。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)展了一套新的測(cè)量微球材料比熱及光吸收系數(shù)的方法，其結(jié)果的不確定度為1%。

相反的，如果知道了標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的熱學(xué)系數(shù)，根據(jù)激光頻率的變化，就可以推知溫度的改變。由于微球能對(duì)很小的溫度變化產(chǎn)生反應(yīng)，而且體積很小，所以可以改進(jìn)為一種新型的溫控計(jì)，它在自動(dòng)控制方面有應(yīng)用空間。

Z.Cai最近提出了一種新的利用微球諧振腔制作溫度傳感器的方法[12]。他基于激發(fā)態(tài)4S3/2和2H11/2引發(fā)的綠光發(fā)射，設(shè)計(jì)了以摻鉺的ZBLALiP為材料的微球溫度傳感器。低溫的發(fā)射光譜用以標(biāo)定強(qiáng)度比率與微球的溫度，然后根據(jù)強(qiáng)度比率和溫度的關(guān)系可以計(jì)算出高溫區(qū)。這種溫度傳感器測(cè)溫范圍在150K到850K之間，精度為1K，只有10μm大小，非常適合集成在光纖內(nèi)。

五、總結(jié)

由于微球激光諧振腔具有特有的回音壁模式，即使內(nèi)部或外界很微小的改變，都能反映為輸出光波(如頻率等)的顯著變化，因而非常適用于制作極高靈敏度的各類傳感器，如用它制作的極高靈敏度加速度傳感器的精度就達(dá)到1mg。而且微球腔體積很小，適合應(yīng)用于小尺度的探測(cè)傳感，適合集成，特別是與光纖的集成。

在現(xiàn)在的應(yīng)用中，微球腔的品質(zhì)因子一般只處于108左右，離1010還有很大差距。隨著耦合技術(shù)的進(jìn)一步提高，以及微球制作工藝、實(shí)驗(yàn)探測(cè)手段的進(jìn)一步完善，用激光微球腔制作的傳感器的精度將會(huì)有很大的提高。