[發(fā)明專利]納米粒子尺寸信息測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010301721.1
• 申請日: 2020-04-16
• 公開（公告）號: CN111551110B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張靖;楊震寧;張皖哲;關(guān)劍卿;霍躍;施煒
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 北京華進(jìn)京聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11606
• 代理人: 吳娜娜

本申請涉及一種納米粒子尺寸信息測量裝置及方法。包括激光泵浦源、光學(xué)微腔系統(tǒng)、光電探測器以及頻譜分析儀。激光泵浦源提供滿足駐波條件的光信號。光信號耦合進(jìn)入光學(xué)微腔系統(tǒng)后，調(diào)節(jié)激光泵浦源出射的光信號頻率，以實現(xiàn)光信號與光學(xué)微腔系統(tǒng)的極限耦合。光信號經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換為電信號。頻譜分析儀獲取電信號，并對電信號進(jìn)行分析。當(dāng)出現(xiàn)倍周期分岔現(xiàn)象時，將納米粒子貼近光學(xué)微腔系統(tǒng)邊緣，當(dāng)電信號再次被頻譜分析儀獲取后，分析倍周期的峰值信息，進(jìn)而解讀出納米粒子的尺寸信息。上述測量過程由于引入了較強(qiáng)的非線性現(xiàn)象，在粒子半徑較小的時候能夠?qū)⑿畔⒎糯筝^高倍數(shù)，從而能夠提升信噪比，同時，能夠避免噪聲淹沒信號的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種納米粒子尺寸信息測量裝置及方法。

背景技術(shù)

光學(xué)微腔因其高Q值，尺寸小，在微納粒子探測和大小測量領(lǐng)域有潛在應(yīng)用價值。光經(jīng)由光纖漏入光學(xué)微腔中時，符合一定頻率條件的光更容易留駐在光學(xué)微腔中，并沿著腔壁傳播；當(dāng)外部信號對腔壁產(chǎn)生影響時，會對這些光產(chǎn)生較大的影響，在從光學(xué)微腔漏回到光纖時，就能夠把影響信息通過光強(qiáng)的形式體現(xiàn)出現(xiàn)。

利用光學(xué)微腔對微納粒子的探測在早些年已經(jīng)提出：由于微納粒子會導(dǎo)致簡并的腔模式出現(xiàn)耦合，從而導(dǎo)致其輸出光場出現(xiàn)一高一低兩個頻率的超模，通過對劈裂出來的兩個超模的線寬和頻差的測量就能夠得到有效的納米粒子大小。該方法能夠?qū)?0nm以上的粒子實現(xiàn)較為準(zhǔn)確地大小測量。但是，當(dāng)粒子較小的時候，劈裂出來的兩個超模相距較近，超模的頻差信號和線寬信號會被噪聲或者泵浦激光本身的線寬所淹沒，因此該方法無法對50nm以下的粒子實現(xiàn)探測。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本申請?zhí)峁┮环N納米粒子尺寸信息測量裝置及方法，以對50nm以下的粒子實現(xiàn)探測。

一種納米粒子尺寸信息測量裝置，包括：

激光泵浦源，用于提供滿足駐波條件的光信號；

光學(xué)微腔系統(tǒng)，所述光信號耦合進(jìn)入所述光學(xué)微腔系統(tǒng)后，調(diào)節(jié)所述激光泵浦源出射的光信號頻率，以實現(xiàn)所述光信號與光學(xué)微腔系統(tǒng)的極限耦合；

光電探測器，所述光學(xué)微腔系統(tǒng)射出的光信號經(jīng)所述光電探測器轉(zhuǎn)換為電信號；以及

頻譜分析儀，獲取所述電信號，并對所述電信號進(jìn)行分析，當(dāng)出現(xiàn)倍周期分岔現(xiàn)象時，將納米粒子貼近所述光學(xué)微腔系統(tǒng)邊緣，并且所述電信號再次被所述頻譜分析儀獲取后，分析倍周期的峰值信息，進(jìn)而解讀出所述納米粒子的尺寸信息。

在其中一個實施例中，所述激光泵浦源包括：

可調(diào)諧激光源，用于發(fā)射光信號；

激光隔離器，接收所述光信號，并防止所述光信號的反射光擊穿所述可調(diào)諧激光源；以及

激光放大器，接收經(jīng)所述激光隔離器射出的所述光信號，用于調(diào)節(jié)所述光信號的功率，以提供滿足駐波條件的所述光信號。

在其中一個實施例中，所述光學(xué)微腔系統(tǒng)包括：

光纖，接收所述激光放大器射出的所述光信號；以及

光學(xué)微腔，與所述光纖間隔預(yù)設(shè)距離，以使得所述光纖中的所述光信號耦合進(jìn)入所述光學(xué)微腔。

在其中一個實施例中，所述預(yù)設(shè)距離為0.1μm-0.8μm。

在其中一個實施例中，所述光學(xué)微腔采用變形微芯圓環(huán)或變形球腔。

一種納米粒子尺寸信息測量方法，包括：

S10，利用激光泵浦源提供滿足駐波條件的光信號；

S20，調(diào)節(jié)所述光信號的頻率，以實現(xiàn)所述光信號與光學(xué)微腔系統(tǒng)的極限耦合；

S30，所述光學(xué)微腔系統(tǒng)射出的光信號經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換為電信號；