microtoroid是什么意思，microtoroid的意思翻译、用法、同义词、例句

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专业解析

Microtoroid（微环谐振腔）是一种在微纳光子学领域至关重要的光学微腔结构。其核心特征和意义如下：

1. 结构特征

   其名称直接揭示了其形态：“micro”表示其尺寸在微米量级（通常直径从几微米到上百微米），“toroid”指其圆环状（甜甜圈形）结构。它通常由一个支撑柱（pedestal）顶着一个极薄的圆盘构成，通过特殊的制造工艺（如激光重熔或化学蚀刻）使圆盘边缘熔化并表面张力收缩，最终形成光滑、圆对称的环形波导结构。

2. 核心工作原理 - 光学谐振

   microtoroid的核心价值在于其能支持高品质因数（High-Q factor）的光学谐振模式，特别是“回音壁模式”（Whispering Gallery Mode, WGM）。

   • 回音壁模式 (WGM)： 光被限制在环形腔的弯曲边界内，通过连续的全内反射沿着环形腔的内壁传播。这种模式能将光长时间（可达微秒量级）局域在微小的体积内，极大地增强了光与物质的相互作用。
   • 高Q值： Q值是衡量谐振腔能量损耗速率的指标，定义为谐振频率与谐振峰宽度的比值。Microtoroid因其超光滑的表面（散射损耗极低）和近乎完美的圆对称性（模式损耗低），能够实现极高的Q值（通常在数百万到数十亿量级）。高Q值意味着光子寿命长，腔内光场强度极高。

3. 核心应用领域

   得益于其超高Q值和小模式体积，microtoroid在多个前沿领域展现出巨大潜力：

   • 超高灵敏度传感： 对腔表面或附近环境的微小变化（如折射率、分子吸附）极其敏感，可用于生物分子检测（如单分子检测）、化学传感和环境监测。附着在表面的目标物会扰动WGM的谐振特性（如谐振波长漂移），从而被高精度检测到。
   • 低阈值非线性光学： 腔内极高的光强使得在极低的输入光功率下即可观察到显著的非线性光学效应，如光学参量振荡、频率转换（倍频、和频等）和克尔光频梳生成。这对于研制小型化、低功耗的非线性光子器件至关重要。
   • 腔量子电动力学 (cQED)： 作为高品质光学腔，可用于研究光与物质（如量子点、色心、冷原子）在强耦合区域的量子相互作用，是量子信息处理（如量子网络节点）和基础量子光学研究的重要平台。
   • 窄线宽激光器： 可用作激光谐振腔的一部分，产生具有极窄线宽和低噪声的激光输出，适用于精密测量和光通信。

4. 优势

   与其它光学微腔（如微球、微盘）相比，microtoroid的优势在于：

   • 超高Q值： 通常高于微盘腔。
   • 易于光耦合： 其支撑柱结构使得利用锥形光纤或集成波导进行高效、可控的倏逝场耦合相对容易。
   • 机械稳定性： 支撑柱结构提供了良好的机械支撑。
   • 与平面工艺兼容性： 其制造基础是平面硅基工艺，有利于潜在的集成化。

总结来说，microtoroid是一种基于回音壁模式工作的、具有超高光学品质因数的微米尺度环形光学谐振腔。其核心价值在于能将光长时间局域在微小空间内，极大增强光场强度，从而在超高灵敏度传感、低阈值非线性光学、腔量子电动力学和窄线宽激光器等领域具有革命性的应用前景。

来源说明： Microtoroid 是微纳光子学领域的专业术语，其定义、工作原理和应用在众多权威光学、物理学期刊和综述文献中有详细描述。由于搜索结果未能提供直接链接，建议参考以下类型的权威来源获取更深入信息：

• 光学领域顶级期刊如 Nature Photonics, Physical Review Letters, Optica, Laser & Photonics Reviews 上关于光学微腔、回音壁模式、传感、非线性光学的综述及研究论文。
• 微纳光子学或集成光子学领域的经典教科书或专著。
• 知名大学或研究机构（如加州理工学院 - 该结构的先驱研究者之一K. Vahala教授所在机构）相关实验室的研究介绍页面。

网络扩展资料

“Microtoroid”是一个由“micro-”（意为“微小的”）和“toroid”（意为“环形结构”）组成的合成词，通常指代微米尺度的环形结构。以下是详细解释：

1.词源与基本定义

• “Micro-”：前缀，表示“百万分之一”或“极小的”，常用于描述微观尺度（如微米级）。
• “Toroid”：数学或物理学术语，指类似甜甜圈的环形几何体，其横截面可以是圆形或其他形状。
  结合后，“microtoroid”字面意义为“微型环形结构”，通常指直径在微米（μm）级别的环形物体。

2.应用领域

在科学和工程中，microtoroid 常见于以下场景：

• 光学与光子学：作为微环谐振器（microtoroid resonator），用于高灵敏度传感器或光通信设备。这种结构能通过光的全内反射实现高Q值（品质因数），增强光与物质的相互作用。
• 微机电系统（MEMS）：作为微型机械元件，用于惯性传感器或能量收集装置。
• 生物医学：可能用于微型药物递送载体或细胞培养支架。

3.特性与优势

• 高Q值：光学微环的环形结构可长时间“捕获”光子，提升传感精度。
• 微型化：微米级尺寸适合集成到芯片或微型设备中。
• 多功能性：材料可以是硅、二氧化硅或聚合物，具体取决于应用需求。

4.补充说明

若用户需要更具体的应用案例或技术参数（如制造工艺、实验数据），建议进一步提供上下文或查询相关学术文献（例如《Nature Photonics》或《Applied Physics Letters》中的研究）。对于未搜索到相关网页的情况，可能需要依赖跨学科知识进行推断。

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