高灵敏度微球激光传感器基本原理

四、在温度传感器中的应用

通过改变微球的折射率可以影响谐振腔的本征模式。Rosenberger等在实验上观察了激光微球腔与周围空气以热传导方式(对流很弱)进行的热交换[11]，发现周围空气温度的微小改变，使得微球激光的频率发生明显变化(虽然温度对折射率的影响很微弱)。通过这个实验，他们发展了一套新的测量微球材料比热及光吸收系数的方法，其结果的不确定度为1%。

相反的，如果知道了标准物质的热学系数，根据激光频率的变化，就可以推知温度的改变。由于微球能对很小的温度变化产生反应，而且体积很小，所以可以改进为一种新型的温控计，它在自动控制方面有应用空间。

Z.Cai最近提出了一种新的利用微球谐振腔制作温度传感器的方法[12]。他基于激发态4S3/2和2H11/2引发的绿光发射，设计了以掺铒的ZBLALiP为材料的微球温度传感器。低温的发射光谱用以标定强度比率与微球的温度，然后根据强度比率和温度的关系可以计算出高温区。这种温度传感器测温范围在150K到850K之间，精度为1K，只有10μm大小，非常适合集成在光纤内。

五、总结

由于微球激光谐振腔具有特有的回音壁模式，即使内部或外界很微小的改变，都能反映为输出光波(如频率等)的显著变化，因而非常适用于制作极高灵敏度的各类传感器，如用它制作的极高灵敏度加速度传感器的精度就达到1mg。而且微球腔体积很小，适合应用于小尺度的探测传感，适合集成，特别是与光纤的集成。

在现在的应用中，微球腔的品质因子一般只处于108左右，离1010还有很大差距。随着耦合技术的进一步提高，以及微球制作工艺、实验探测手段的进一步完善，用激光微球腔制作的传感器的精度将会有很大的提高。