調整微環(huán)傳感器的設計可以在不增加實現復雜性的情況下提高其靈敏度。光學傳感是光科學最重要的應用之一，它在天文學、環(huán)境科學、工業(yè)和醫(yī)學診斷中發(fā)揮著至關重要的作用。

盡管用于光學傳感的方案多種多樣，但它們都有一個共同的原則：要測量的量必須在系統(tǒng)的光學響應上留下“指紋”。指紋可以是它的透射、反射或吸收，這些影響越強，系統(tǒng)的響應就越強。雖然這在宏觀層面上很有效，但測量引起微弱反應的微小、微觀量是一項具有挑戰(zhàn)性的任務。

研究人員已經開發(fā)出技術來克服這一困難，并提高設備的靈敏度。其中一些技術，依賴于復雜的量子光學概念和實現，確實被證明是有用的，比如LIGO項目中的引力波傳感。另一些則是通過將光捕獲在稱為光學諧振器的小盒子里，成功地探測到微小粒子和相對較大的生物成分。盡管如此，檢測小的納米粒子并最終檢測單個分子的能力仍然是一個挑戰(zhàn)。目前研究主要集中在一種特殊類型的光捕獲裝置上

這種裝置被稱為微環(huán)或微環(huán)形諧振器，可以增強光與被探測分子之間的相互作用。然而，這些裝置的靈敏度受其基本物理性質限制，來自密歇根理工大學、賓夕法尼亞州立大學和中佛羅里達大學的物理學家和工程師在他們發(fā)表在《物理評論快報》上的研究，以便將靈敏度和魯棒性結合起來，中提出了一種新型傳感器，基于異常曲面的新概念：由異常點組成的曲面。

異常敏感檢測的異常點

為了理解異常點的含義，考慮一把只有兩根弦的假想小提琴。一般來說，這樣的小提琴只能產生兩種不同的音調——這種情況與傳統(tǒng)的光學諧振器相對應。如果一根弦的振動可以改變另一根弦的振動，使聲音和彈性振動只產生一個音調和一個集體的弦運動，那么系統(tǒng)就有一個例外。表現出異常點的物理系統(tǒng)是非常脆弱，換句話說，任何微小的擾動都會極大地改變它的行為，該特性使系統(tǒng)對微小信號高度敏感。物理學副教授Ramy El-Ganainy說：盡管有這樣的前景，特殊基于點的傳感器同樣提高了靈敏度

這也是它們的致命弱點：這些設備對不可避免的制造錯誤和不必要的環(huán)境變化非常敏感。論文第一作者、目前正在密歇根理工大學攻讀博士學位的研究生鐘琦(音譯)說：目前建議通過引入一種新的系統(tǒng)來緩解這些問題，該系統(tǒng)具有與之前工作中報道的相同增強敏感性，同時對大多數不可設計的實驗不確定性具有很強的抵御能力。雖然微環(huán)傳感器的設計還在不斷完善，但研究人員希望通過改進這些設備，看似微小的光學觀察將產生巨大影響。

博科園-科學科普｜研究/來自: 密歇根理工大學

參考期刊文獻:《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.153902

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