【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】这是研究人员第一次在光纤中捕获并推动一种基于粒子的激光。这种新型的飞行微型激光器可以在光纤长度范围内进行高度敏感的温度测量，并提供一种新颖的方法，精确地将光传送到遥远且无法到达的位置。德国马克斯普朗克科学研究所的Richard Zeltner说：飞行的微型激光器有可能被用来在体内传递光。通过将一种纤维插入皮肤，一种合适波长的微激光可以精确定位光，用于轻活性药物。这一概念也可以应用于光流实验室的芯片设备中，为各种生物分析技术提供光源，或者提供高空间分辨率的芯片上的温度测量。
研究人员发明了一种飞行的微型激光器，将激光发射到中空的光子晶体光纤中，以光学捕捉到一个耳语式的微粒子。微粒子包含一种增益介质，当它被第二束激光激发时，它就会被激活。当微激光器被推进光纤时，激光的光谱会随着温度的变化而变化，使得微激光器可以作为位置敏感的温度传感器。图片版权：Richard Zeltner, Max Planck Institute for the Science of Light
这种飞行的微激光能够以毫米量级的空间分辨率来完成位置分辨的温度传感。这一演示展示了飞行微激光对分布式传感的有用性，这种方法可以在光纤上实时地进行连续传感。这种飞行的微型激光器是基于一个窃窃私语的画廊模式谐振器，一个限制和增强特定波长的光的小粒子。这个名字来源于周围的光波旅行弯曲的内表面的这些粒子以同样的方式声波环游曲面等回音廊在圣保罗大教堂，允许低语清楚地听到从另一边的画廊。这是第一次使用低语的画廊模式来演示分布式感知。这种独特的传感方法为分布式测量和远距离高空间分辨率的物理属性提供了新的可能性。例如在恶劣的环境中，它可能对温度传感很有用。
制造飞行微型激光器的关键部件是一种特殊类型的光纤，称为空心型光子晶体光纤。顾名思义这种纤维的核心是中空的，而不是像传统的光纤那样的固体玻璃。空心的核心被玻璃微结构包围，它限制了光纤内部的光线。研究小组成员Shangran Xie说：在相当长的一段时间里，研究小组一直在开发必要的技术，以在中空的光子晶体光纤中捕捉粒子。在这项新工作中能够应用这项技术，不仅是为了捕获一个粒子，还可以诱导它作为一种激光，可以用于在光纤中长距离传感。
为了制造出飞行的微型激光器，研究人员将激光射入一个充满水的中空纤维中，以光学捕捉微粒子。与制造传统激光器所用的材料一样，微粒子包含了增益介质。研究人员使用第二束激光激发了这种增益介质，使微粒子发出光或lase。沿着光纤的粒子位置是通过捕获激光产生的光力或在核心内引入一股水来控制的。为了测试新系统对温度变化的感知能力，研究人员将沿纤维的两个区域的激光微粒子加热到室温下22摄氏度。通过测量微粒子发射的激光波长的变化，他们可以精确地检测到微激光穿过光纤时的温度变化。传感器检测到温度在3摄氏度以下的变化，并提供了几毫米的空间分辨率。
这种分布式传感器的空间分辨率最终受到粒子大小的限制，这意味着有可能在非常长的测量范围内实现小到几微米的空间分辨率，这是系统与其他类型的分布式温度传感器相比的巨大优势。使用一种叫做激光多普勒测速的技术，研究人员确定，在实验过程中，粒子以每秒钟250微米的速度运动。使用充满空气而不是水的纤维可以将推进速度提高到厘米，甚至是米每秒。虽然在实验中使用的微粒子由于光漂白的原因，在大约一分钟后就失去了lase的能力，但研究人员说，使用不同获取材料的微粒可以解决这个问题。他们还在探索是否可以同时在光纤内部操纵多个微激光器，并正在改进粒子位置检测方案。随着中空的光子晶体光纤越来越商业化，需要把这个系统变成一个实用的传感器的所有技术都已经具备了。
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参考：Optics Letters
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：美国光学学会
编译：光量子
审校：博科园
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