بهبود حسگرهای اپتیکی برای آشکارسازی نانوذرات

بهبود حسگرهای اپتیکی برای آشکارسازی نانوذرات

یکی از کاربردهای اساسی علم نورشناسی، حسگر اپتیکی است. حسگرهای اپتیکی در زمینه‌‌ی علم نجوم، محیط‌زیست، صنعت و تشخیص‌های پزشکی، نقش‌ اساسی دارند.

به رغم تنوع طرح‌های مورد استفاده در حسگرهای اپتیکی، همگی یک اصل مشابه دارند: کمیتی که اندازه گیری می‌شود، باید اثری بر پاسخ اپتیکی سیستم داشته باشد. این اثر می‌تواند عبور، انعکاس یا جذب باشد. هرچه این اثرات قوی‌تر باشند، پاسخ سیستم اپتیکی به آن‌ها نیز قوی‌تر خواهد بود. اگر چه این دینامیک در سطح میکروسکوپی، به خوبی کار می‌کند، اما کار چالش برانگیز، اندازه گیری مقادیر کوچک و میکروسکوپی است که موجب واکنش ضعیف می‌شوند. محققان به گسترش فناوری‌هایی پرداخته‌اند که بر این مسئله غلبه کرده و حساسیت حسگرهای اپتیکی را بهبود بخشند.

یکی از این فناوری‌هایی که بر مفاهیم اپتیک کوانتومی و پیاد‌ه‌سازی آن، متکی است، مفید بودن خود را به ویژه در اندازه‌گیری امواج گرانشی در پروژه لیگو ثابت کرده است. روش‌های دیگری که شامل به دام انداختن نور در جعبه‌های کوچک یا همان تشدیدکننده‌های اپتیکی (optical resonators) است، در آشکارسازی ریزذرات و ترکیبات زیستی تقریبا بزرگ، موفق بوده است.

با این حال، آشکارسازی نانوذرات کوچک و در نهایت تک مولکول‌ها، یک چالش باقی می‌ماند. تلاش‌های اخیر بر نوع خاصی از دستگاه‌های به‌دام‌انداز نور، به نام تشدیدکننده‌های ریزحلقه (microring) تمرکز دارند؛ این دستگاه‌ها برهمکنش بین نور و مولکول را برای آشکارسازی، افزایش می‌دهند. با این حال، فیزیک بنیادی این دستگاه‌ها، حساسیت آن‌ها را محدود می‌کند.

مهندسین و فیزیکدانان دانشگاه‌های میشیگان، پنسیلوانیا و فلوریدا در مقاله‌ی جدیدی که در  Physical Review Letters منتشر شده، یک نوع حسگر جدید پیشنهاد داده‌اند. این نوع حسگرهای ریزحلقه‌ی پیشرفته، مبتنی بر مفهوم اصلی سطوح استثنایی هستند که از نقاط استثنایی تشکیل شده‌اند.

یک سیستم فیزیکی که‌ یک نقطه استثنایی را نشان می‌دهد، بسیار شکننده است. به عبارت دیگر، هر گونه اختلال کوچکی، رفتار آن را به طور چشمگیری تغییر خواهد داد. این ویژگی، سیستم را به سیگنال‌های کوچک، بسیار حساس می‌کند. محققان می‌گویند:

این دستگاه‌ها نسبت به خطاهای اجتناب‌ناپذیر هنگام ساخت و تغییرات ناخواسته محیطی، بسیار حساس هستند. در نمونه‌های آزمایشگاهی پیشین، حساسیت حسگرهای اپتیکی مستلزم استفاده از ترفند‌های هوشمندانه‌ای بود. در حالیکه محققان به بهبود طراحی حسگرهای ریزحلقه ادامه می‌دهند، امیدوارند مشاهدات ظاهرا کوچک اپتیکی از طریق بهبود این دستگاه‌ها، اثرات قابل توجهی داشته باشند.


مشاهده مقاله اصلی در مجله
منبع: sciencetimes
كلمات كليدي :
حسگرهای اپتیکی
 
امتیاز دهی