该渠道奇妙地将回音廊形式（WGM）光学微谐振腔与纳米等离子体外表增强拉曼光谱（SERS）结构相结合，可完结对化学或生物分子的超高灵敏度勘探和二维成像，为根据光谱学的资料剖析供给了新的研讨思路和运用远景。

  一般来说，光的反射和折射提醒了物质的形状，而像拉曼散射这样的非弹性光散射则可将分子的“指纹信息”编码到光子的能量偏移中，即由光谱信息反映化学键的特别振荡，然后供给作为辨别物质的重要特征。拉曼光谱学已被大规模的运用于环境查验测验、食品安全、生物医学监测以及新资料的开发与研讨。

  但是，产生拉曼散射这种相互作用的可能性微乎其微，一般入射上亿个光子仅产生一个拉曼光子。在曩昔的几十年中，研讨人员一直在寻觅和开发特定的机制和结构以增强拉曼信号。

  纳米等离子体外表增强拉曼光谱（SERS）是有用的办法之一，即引进金属纳米结构来增强方针分子邻近的电磁场，然后将产生拉曼散射的概率提高了百万乃至上亿倍。

  另一方面，回音廊形式（WGM）光学微谐振腔也是增强光与物质相互作用的重要技能。作为光的“储存器”，光能够在微米级谐振腔中传达不计其数圈以此来完结单位体积内的包含的能量的堆集，大大增强了光与物质的相互作用。其运用场景规模包含单分子勘探、片上激光器、光谱学、生物医学成像等。

  将这两个渠道有机结合并用于根据拉曼光谱学的高灵敏度分子勘探和成像，无疑将开辟出极具吸引力的运用远景。

  首要，该研讨团队提出了回音廊微探针的概念（图1）。其间回音廊形式微球谐振腔由光纤熔融烧制而成，尾端的光纤作为微球的支撑结构，可使其在三维空间内恣意移动并精确地与纳米等离子体结构耦合。

  由此构成的回音廊-纳米等离子体（WGM-SERS）混合共振形式可完结对方针剖析物拉曼散射的两层增强，这是使用了该结构对光在时域上长堆集（回音廊谐振腔的高品质因子）和一起在空间内紧捆绑（SERS等离子体热门仅散布在外表纳米规模内）的优势。

  在传统由聚集空间光束激起的纳米等离子体结构的基础上，回音廊微探针进一步完结了对拉曼信号两个数量级的增强（图2），总增强系数可超越10⁸倍。

  值得一提的是，该新渠道与各类纳米等离子体结构具有广泛的兼容性和通用性，包含但不限于金纳米颗粒、纳米棒、纳米柱、蝴蝶结形纳米天线以及商用市售SERS试纸。

  图2：微探针可增强各类化学或生物分子的拉曼光谱信号。经过回音廊微探针（ii）取得的信号比运用传统纳米等离子体测验纸（i）取得的信号增强约 100 倍。

  一起，该团队体系地研讨了各项参数对拉曼增强倍数的影响，如微球谐振腔与纳米等离子体结构的间隔、纳米等离子体结构的数量和几许特征、谐振波长等。

  经过操控纳米等离子体结构的列距离，演示了具有相位匹配特征的谐振腔-纳米天线耦合机制，最大极限地增强了来自各种化学和生物样品的拉曼散射信号强度。

  此外，该团队使用微探针对样品进行扫描，在仅需亚毫瓦接连波泵浦功率的情况下，完结了超光谱（hyperspectral）二维拉曼成像（图3）。

  图3：希腊字母 hν 和莫比乌斯环的二维拉曼成像。（左）规划的预期图画，（中）经过光刻制备的纳米颗粒的扫描电镜图，（右）经过微探针扫描得到的拉曼成像图。

  该工作为探究光与物质相互作用的增强机理供给了新的视角。经过回音廊形式微腔与纳米等离子体结构耦合构成的混合共振形式，待测样品的拉曼散射信号能够明显地增强，还能够在必定程度上完结扫描式二维成像。

  微探针渠道有期望开展成为用于物质资料勘探与剖析的有力东西，一起也为开展多功能、紧凑型、可集成化的光谱学测验渠道带来技能上的打破和机会。

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