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基于半导体纳米线激光器的折射率感测

基于半导体纳米线激光器的折射率感测

本文摘要:激光网讯:大多数工程师都熟知必须测量的基本物理参数,如温度、压力、方位、速度和距离等。但还有其他关键参数也是十分最重要的。 其中的一个例子就是光折射率(RI)的测量,这也是许多液体加工工艺的一部分,如啤酒酿造、葡萄酒烘烤、蜂蜜中含水量的评估以及烃提纯等。甚至在医学上也有用途,因为癌细胞或出现异常细胞的RI值比长时间细胞额低。问题在于,即使是如硬币般大小的小型化RI传感器也比许多应用于大。这也正是密西根大学团队期望通过用于由光源唤起的纳米线的激光升空来转变的难题。

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激光网讯:大多数工程师都熟知必须测量的基本物理参数,如温度、压力、方位、速度和距离等。但还有其他关键参数也是十分最重要的。

其中的一个例子就是光折射率(RI)的测量,这也是许多液体加工工艺的一部分,如啤酒酿造、葡萄酒烘烤、蜂蜜中含水量的评估以及烃提纯等。甚至在医学上也有用途,因为癌细胞或出现异常细胞的RI值比长时间细胞额低。问题在于,即使是如硬币般大小的小型化RI传感器也比许多应用于大。这也正是密西根大学团队期望通过用于由光源唤起的纳米线的激光升空来转变的难题。

该团队在为题“基于半导体纳米线激光器的折射率感测”的论文中,详细描述了团队展开的研究。在该研究中,将直径为204nm、长度为15μm的硫化镉(CdS)线作为光学腔的核心设计(图1)。纳米线的高折射率使入射光在端面具备低反射率因子,并通过纳米线展开引领。

这种设置构成了法布里-伯罗空腔,当它被外部光源唤起时,也不会构成激光起到。这样构成的激光波长各不相同其周围的折射率。通过测量激光输入的波长,可以确认浸泡纳米线的液体的折射率。

生产过程用于了类似于半导体的工艺,其中硫化镉(CdS)纳米线(折射率n=2.67)生长在用于了化学气相传输法的硅晶片衬底上。之后将纳米线必要沉积在硅玻璃罩上,然后将其曝露于高压等离子体中。这种等离子体处置是用来保证将纳米线相同在玻璃表面,从而用作液体环境中的实验。

在试验中,将纳米线浸泡乙醇和甲苯的体积之比10:0、9:1、8:2和7:3的混合溶液中,相等于折射率分别为1.365、1.39、1.339和1.407。通过脉冲光学参量振荡器(5纳秒脉冲宽度,20赫兹反复频率,479纳米波长)对该纳米线展开唤起。

然后用于焦点尺寸为60μm的50×物镜对泵浦光束展开探讨。图2表明了每个折射率的扣除激光光谱,全部用于了4μJ/mm2的完全相同唤起能量密度。

测试结果也指出波长效应某种程度十分脆弱。例如,当折射率从1.365减少到1.407时,经常出现了从504.35nm到505.23nm的显著可测量的白后移现象。基于激光峰值的0.22nm线宽和其他因素对数据的更进一步分析表明,该设计的总体品质因数(FOM)为96。该半导体纳米线传感器不仅是最近发布的用于谐振衍射方法构建结果的24倍提高,而且其生产复杂度较低。

它可以内化到活细胞中,并感测各部分的折射率。


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