光學傳感器是光科學領(lǐng)域最重要的應用之一。它在天文學、環(huán)境科學、工業(yè)以及醫(yī)療診斷等領(lǐng)域都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

盡管光學傳感器所用的方案有很多種，但是它們都分享著同一原則：被測量的物理量必須在系統(tǒng)的光學響應上留下一個“指紋”。這個“指紋”可以是光線的傳輸、反射或者吸收。這些效應越強，系統(tǒng)的響應就越強。

雖然這種測量在宏觀水平表現(xiàn)得很好，但是測量誘發(fā)微弱響應的微觀物理量是一項極具挑戰(zhàn)性的任務。研究人員們開發(fā)了各種技術(shù)，以克服這個困難并提升他們設(shè)備的靈敏度。有一些技術(shù)，基于在稱為“光學諧振器”的微型盒子中囚禁光線，成功檢測出微型粒子和相對較大的生物成分。

盡管如此，實現(xiàn)檢測小型納米顆粒以及最終檢測單分子的能力，仍然頗具挑戰(zhàn)性。目前的嘗試集中在一種特殊的光陷阱裝置，它也稱為“微環(huán)諧振器“。這些裝置改善了光線與要檢測的分子之間的相互作用。然而，這些裝置的靈敏度受到基礎(chǔ)物理學的限制。

基于特殊表面的傳感器。這種微環(huán)諧振器通過部分反光的端反射鏡與波導發(fā)生耦合，從而提升光線靈敏度

為解決這個問題，國內(nèi)外研究人員都做出了許多的努力。近日美國密歇根理工大學官網(wǎng)報道，他們提出了一種高靈敏度的光學傳感器。他們的研究是基于特殊表面（由特殊點組成的表面）的新概念。

什么是特殊點？我們可以想象一個具有兩根弦的小提琴。大體上，這個小提琴可以產(chǎn)生兩種不同的音調(diào)，這種情況對應于傳統(tǒng)的光學諧振器。如果一根弦的振動能以一種方式（聲音和彈性振動僅產(chǎn)生一個音調(diào)以及一個共同的弦運動）改變另外一根弦的振動，那么系統(tǒng)就具有特殊點。

具有特殊點的物理系統(tǒng)非常脆弱。換句話說，任何小擾動都會顯著地改變其行為。這個特征使得系統(tǒng)對任何信號都高度敏感。“盡管如此，基于特殊點的傳感器的這種提升的靈敏度，同樣也是其致命弱點。這些設(shè)備對于無法避免的制造誤差以及不希望有的環(huán)境變化都非常敏感。”研究人員接著說，靈敏度使得之前實驗演示的調(diào)諧技巧變得不可或缺。

研究人員表示：“我們目前的提案減輕了由于引入新系統(tǒng)所帶來的大部分問題，新系統(tǒng)的靈敏度與之前工作所報告的提升的靈敏度一致，同時不會受到大多數(shù)不可避免的實驗不確定性的影響。”