微球激光在極高靈敏度傳感器方面的原理及應用

四、在溫度傳感器中的應用

通過改變微球的折射率可以影響諧振腔的本征模式。Rosenberger等在實驗上觀察了激光微球腔與周圍空氣以熱傳導方式(對流很弱)進行的熱交換[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(雖然溫度對折射率的影響很微弱)。通過這個實驗，他們發(fā)展了一套新的測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，如果知道了標準物質(zhì)的熱學系數(shù)，根據(jù)激光頻率的變化，就可以推知溫度的改變。由于微球能對很小的溫度變化產(chǎn)生反應，而且體積很小，所以可以改進為一種新型的溫控計，它在自動控制方面有應用空間。

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，設計了以摻鉺的ZBLALiP為材料的微球溫度傳感器。低溫的發(fā)射光譜用以標定強度比率與微球的溫度，然后根據(jù)強度比率和溫度的關系可以計算出高溫區(qū)。這種溫度傳感器測溫范圍在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到1mg。而且微球腔體積很小，適合應用于小尺度的探測傳感，適合集成，特別是與光纖的集成。

在現(xiàn)在的應用中，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。隨著耦合技術的進一步提高，以及微球制作工藝、實驗探測手段的進一步完善，用激光微球腔制作的傳感器的精度將會有很大的提高。