为了实现对生物分子的高精度质量检测,本文提出一种基于混合旋转光力系统的高分辨率生物分子质量传感方案。该系统中,一个旋转的回音壁光力腔在声子泵浦驱动下,与另一个具有光学增益的回音壁腔发生耦合。首先,利用旋转回音壁光力腔的顺时针或逆时针旋转产生Sagnac效应,从而实现对腔场频率的非互易调控。其次,引入光学增益回音壁腔构建宇称时间对称或破缺系统,增强透射谱的振幅强度。同时,采用声子泵浦对机械呼吸模式进行相干驱动,进一步增强系统的光学响应。通过求解系统的量子朗之万方程并利用输入-输出关系,得到探测场的透射谱表达式。当生物分子(如杆状病毒或冠状病毒)沉积在回音壁光力腔表面时,通过监测透射谱中机械边带峰的共振频移,即可反演待测分子的质量。数值结果表明,Sagnac效应、光学增益腔和声子泵浦共同使透射谱振幅强度显著增强,进而提高质量传感的灵敏度。与基于单腔光力系统的传统光学质量传感方案相比,本方案的质量灵敏度提高约一个数量级,最小可检测质量达到p克量级(~1 pg)。该方案实现了超灵敏、高分辨率的生物分子质量检测,为芯片级超高分辨率传感器件提供了新的物理平台。
CHEN et al. (Thu,) studied this question.