当激光轰击分子时，根据分子的结构和组成不同，分子会以各种波长的光子将激光的能量反射回来，这种现象称为“拉曼散射”。据麦姆斯咨询报道，为了使这种现象能发生在芯片上，康奈尔大学的科研人员向一根波导管发射激光（该波导管是一根由二氧化钛制成的透明材料），激光会在波导管的内表面来回反射，从而被限制在波导管内。因为波导管的高度仅为几个纳米（几十亿分之一米），当激光从波导管中射出后，会在芯片表面产生所谓的“渐逝场（evanescent field）”。

　　泵浦激光器（pumping laser）能在芯片上方产生拉曼散射，或对放置在芯片表面的液滴进行分析，同时仍将光波限制在芯片上方。被激发态分子反射回来的光也将沿着波导管传播，位于波导管末端的光栅可将反射光衍射为光谱，这些由不同分子产生的特定光谱，就像分子的“指纹”一样，可以用来鉴定分子的结构和组成。

　　激光在纳米尺寸的波导管中传播，射出波导管后，可在芯片表面上方与被测分子产生相互作用。康奈尔大学材料科学与工程助理教授Jin Suntivich说：“在实验室你想要使用一个化学传感器很容易，但如果你在外面，想要一款能够随身携带的化学传感器是很有挑战的。我们想研发一种技术，能使化学传感器小到足以适用于手机等电子产品，这样你随身携带的电子产品就可以持续地监视你周围的世界，当你看到一些不寻常的东西时，传感器会告诉你那是什么物质。”

　　以前使用氮化硅波导管制作过基于拉曼散射的传感器。但是，康奈尔大学的科研人员提出采用二氧化钛新材料来设计制作波导管，使传感器更加灵敏，并且尺寸足够小到可以适用于手机。康奈尔大学原子及固体物理学实验室和纳米科学Kavli研究所博士后研究员Christopher Evans说：“我们不是第一个利用拉曼散射原理制作化学传感器的，但我们开发的化学传感器是最好的。” Evans是该研究成果的第一作者，其论文发表于7月14日出版的网络版《美国化学学会ACS光子学》杂志上，论文题名为：《有效整合瞬逝拉曼光谱的二氧化钛纳米光子传感器》，共著者包括Suntivich和Chengyu Liu，Chengyu Liu是康奈尔大学应用及工程物理学院的博士研究生。

　　一个与直线波导管相切的环形波导管，可以使激光在环形波导管中不断的循环，从而使激光与芯片上方的被测物质的相互作用时间更长。这个环型波导管的直径大概和人类头发丝的直径差不多。二氧化钛具有更高的折射率，可以使芯片上方的激光照射强度更高，创造出更强的渐逝场。该材料对于可见光波长是透明的，使科研人员能够采用波长更短的可见光激光，这样能够产生更好的散射效果。

　　科研人员采用绿色激光笔作为测试光源进行了测试。对于未来的设备，一款微型激光单元可以嵌入芯片中，再利用一个组件将反射回来的光传播到一款光敏器件上，读取光谱信息。一种可能性是采用手机摄像头来读取光谱。泵浦激光与芯片上方材料的相互作用，随激光波长的增加而增加。

　　Evans说：“我们已证明我们能够将传感器尺寸降低到人类头发丝粗细的同时，将传感器的峰值信号提高一个数量级（甚至更高）。” 该化学传感器的潜在应用包括监测空气和水质的便携式传感器，或实验室的实地化学物质检测等。化学家可以利用该传感器同步观察进行中的化学反应。

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