高灵敏度微球激光传感器基本原理
不同于前面的例子，Laine等研究开发的是一种极高灵敏度加速度传感器，该器件是通过微球谐振腔与耦合器件之间的相对距离改变来进行检测的，并且耦合方法不再是锥形光纤，而是一种带状基底抗谐振反射光波导(SPARROW：stripline pedestal anti-resonant reflecting optical waveguide)。它通过交替的高低折射率层组成的介质堆将微球腔、波导与底层隔离开来，使在第一个分界面上的反射率超过99%[5]。该加速度传感器的原理如图4。
球微球球重W，半径为r，与一长为l的光纤杆相连，光纤像一般的弹性材料那样一端固定在基板上，杨氏常数为E，另一端通过化学烧制做成微球(一般通过高温熔融冷却法制成)，在微球下面，SPARROW与它相耦合。近似的，将微球视为质点，光纤杆视为理想杆，因二者振动产生相对于平衡位置的位移为：
(4)
其中，I —细杆的转动惯量;E—杨氏系数;
w—球回复力， ;
w—细杆的回复力，
;
a—系统的加速度。
如果测出了y，我们就可以推出加速度a。但是，由于y的变化很小(nm量级)，所以一般的测量方法已经相形见绌。此时，微球谐振腔就有了用武之地。光波导与微球的相对距离变化可以通过测量微球的品质因子可以得到：
(5)
(6)
其中，Qc(d)—和耦合方式有关的品质因子;Q0—微球腔的本征品质因子，与材料以及半径有关;Q(d)—微球腔的总品质因子;r—微球半径;λ—入射光波波长;n —微球材料的折射率;Q—光波的模式数，一般小于10，指约束在赤道表面的光波模式数目。
通过实验测量品质因子，可推得Qc(d)，从而反解出d，通过d可以计算y值，最终实现测量加速度。
Laine等在实验中采用了多项先进技术，如SPARROW的选用能使光波的渗漏达到最小，微球腔品质因子保持在108以上的较高水平等。通过检测谐振振幅和线宽的改变，从100μg的背景噪音中实现了1mg的极高灵敏度的加速度探测。
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