從探測(cè)引力波到醫(yī)學(xué)診斷的生物組織成像，光學(xué)傳感器是許多科學(xué)和技術(shù)努力的支柱。這些傳感器利用光來檢測(cè)它們所監(jiān)測(cè)的環(huán)境特性的變化，包括化學(xué)生物標(biāo)志物和溫度等物理特性。提高對(duì)噪聲中微弱信號(hào)的檢測(cè)靈敏度一直是光學(xué)傳感領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。

來自圣路易斯華盛頓大學(xué)麥凱維工程學(xué)院電氣與系統(tǒng)工程系的Edwin H. & Florence G. Skinner教授Lan Yang的新研究揭示了特殊點(diǎn)(EPs)的力量，用于先進(jìn)的光學(xué)傳感。在4月5日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的一項(xiàng)研究中，楊和第一作者、楊實(shí)驗(yàn)室的博士生毛文波表明，在可能發(fā)生非凡光學(xué)現(xiàn)象的系統(tǒng)中，這些獨(dú)特的eps特定條件可以部署在傳統(tǒng)傳感器上，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境擾動(dòng)的驚人靈敏度。

Yang和Mao開發(fā)了一種ep增強(qiáng)傳感平臺(tái)，克服了以前方法的局限性。傳統(tǒng)方法需要對(duì)傳感器本身進(jìn)行修改，而他們的創(chuàng)新系統(tǒng)具有一個(gè)EP控制單元，可以插入物理分離的外部傳感器。這種配置允許僅通過調(diào)整控制單元來調(diào)整EPs，從而實(shí)現(xiàn)超高靈敏度，而無需對(duì)傳感器進(jìn)行復(fù)雜的修改。

Yang說:“我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新的平臺(tái)，可以將EP增強(qiáng)到傳統(tǒng)的光學(xué)傳感器上?！薄霸撓到y(tǒng)代表了ep增強(qiáng)傳感的革命性擴(kuò)展，顯著擴(kuò)展了其適用性和通用性。任何相敏傳感器都可以通過連接到這種配置來獲得更高的靈敏度和更低的檢測(cè)極限。只需調(diào)整控制單元，這種EP配置就可以適應(yīng)各種傳感場(chǎng)景，如環(huán)境檢測(cè)、健康監(jiān)測(cè)和生物醫(yī)學(xué)成像?！?/p>

通過將傳感和控制功能解耦，Yang和Mao有效地避開了迄今為止阻礙其廣泛采用的EPs操作傳感器的嚴(yán)格物理要求。這為EP增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用于廣泛的傳統(tǒng)傳感器掃清了道路——包括環(huán)形諧振器、熱和磁傳感器，以及拾取振動(dòng)或檢測(cè)生物標(biāo)記物擾動(dòng)的傳感器——極大地提高了科學(xué)家們已經(jīng)使用的傳感器的檢測(cè)極限。當(dāng)控制單元設(shè)置為EP時(shí)，傳感器可以以不同的方式工作，而不是在EP上，并且仍然可以獲得EP增強(qiáng)的好處。

作為概念驗(yàn)證，Yang的團(tuán)隊(duì)測(cè)試了系統(tǒng)的檢測(cè)極限，或者檢測(cè)系統(tǒng)噪聲的弱擾動(dòng)的能力。他們展示了與傳統(tǒng)傳感器相比，使用ep增強(qiáng)配置的傳感器的檢測(cè)極限降低了六倍。

“通過這項(xiàng)工作，我們已經(jīng)證明，我們可以顯著提高檢測(cè)微弱信號(hào)擾動(dòng)的能力，”毛說。“我們現(xiàn)在專注于將這一理論廣泛應(yīng)用。我特別關(guān)注醫(yī)療應(yīng)用，特別是致力于增強(qiáng)磁傳感，這可以用來改進(jìn)MRI技術(shù)。目前，核磁共振成像需要整個(gè)房間的溫度控制。我們的EP平臺(tái)可用于增強(qiáng)磁感，從而實(shí)現(xiàn)便攜式床邊MRI?！?/p>

更多資料:毛文波等，異常點(diǎn)增強(qiáng)相位傳感，科學(xué)進(jìn)展(2024)。DOI: 10.1126 / sciadv.adl5037

由圣路易斯華盛頓大學(xué)提供

引用本文:創(chuàng)新的傳感平臺(tái)解鎖了傳統(tǒng)傳感器的超高靈敏度(2024,4月6日)，2024年4月6日檢索自https://phys.org/news/2024-04-platform-ultrahigh-sensitivity-conventional-sensors.html

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