基于回音壁模式微泡腔的磁场传感研究

作     者：赵星昀 宋继恩 段冰 吴彦燃 马春晖 李贝贝 杨大全 黄善国 ZHAO XingYun;SONG JiEn;DUAN Bing;WU YanRan;MA ChunHui;LI BeiBei;YANG DaQuan;HUANG ShanGuo

作者机构：北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室北京100876 北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876 江苏深远海洋信息技术与装备创新中心苏州215000 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 北京邮电大学电子工程学院北京100876 

出 版 物：《中国科学:物理学、力学、天文学》 (Scientia Sinica Physica,Mechanica & Astronomica)

年 卷 期：2023年第53卷第11期

页      面：124-132页

核心收录：

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(编号:11974058,62222515,12174438) 北京市自然科学基金项目(编号:Z210004) 北京市科技新星计划项目(编号:Z201100006820125) 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室项目(编号:IPOC2021ZT01)资助 

主　　题：回音壁模式 微泡腔 磁流体 磁场传感 

摘      要：本文设计了一种基于磁流体的回音壁模式(Whispering Gallery Mode,WGM)微腔磁场传感方案,并进行了实验验证.利用WGM微泡腔天然的微流控通道,可以直接向微腔中注入磁流体,使磁流体与WGM倏逝场充分地相互作用.通过仿真分析了注入磁流体前后WGM光场分布的变化以及微泡腔壁厚对传感灵敏度的影响;实验上,制备了微泡腔,并进行了磁场传感实验研究.当施加的外界磁场逐渐增大时,磁流体的折射率随之增大,导致微泡腔共振波长红移,在6–22 mT的磁场强度范围内,测得该磁场传感器的灵敏度为2.15 pm/mT,探测极限(即最小可探测的磁场变化量)约为0.03 mT.当磁场强度达到22 m T时,磁流体折射率达到饱和值,此时继续增大磁场强度,谐振波长不再偏移.本文制备的磁场传感器具有成本低、易于制备、可靠性高的优势,在磁场检测领域具有重要的应用价值.