光学传感器是众多科学技术的支柱，从检测引力波到对生物组织进行医学诊断成像。这些传感器利用光来检测环境特性的变化，包括化学生物标记和温度等物理特性。光学传感领域的一个持续挑战是提高在噪声中检测微弱信号的灵敏度。
圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院电气与系统工程教授LanYang的最新研究揭示了先进光学传感中异常点(EP)的力量。在4月5日发表在《科学进展》上的一项研究中，Yang和第一作者、Yang实验室的博士生WenboMao表明，这些独特的EP(系统中可能发生非凡光学现象的特定条件)可以部署在传统传感器上，以实现对环境扰动具有惊人的敏感性。
Yang和Mao开发了一种EP增强型传感平台，克服了以前方法的局限性。与需要修改传感器本身的传统方法不同，他们的创新系统具有一个EP控制单元，可以插入物理上分离的外部传感器。这种配置允许仅通过控制单元的调整来调整EP，从而无需对传感器进行复杂的修改即可实现超高灵敏度。
“我们已经实现了一个新颖的平台，可以增强传统光学传感器的EP，”Yang说。“该系统代表了EP增强传感的革命性扩展，显着扩展了其适用性和普遍性。通过连接到此配置，任何相敏传感器都可以提高灵敏度并降低检测限。只需调整控制单元，这种EP配置就可以适应各种传感场景，例如环境检测、健康监测和生物医学成像。”
通过分离传感和控制功能，Yang和Mao有效地避开了EP操作传感器的严格物理要求，这些要求迄今为止阻碍了传感器的广泛采用。这为将EP增强应用于各种传统传感器(包括环形谐振器、热传感器和磁传感器以及拾取振动或检测生物标记物扰动的传感器)扫清了道路，大大提高了科学家已经使用的传感器的检测极限。将控制单元设置为EP后，传感器可以以不同的方式运行(而不是在EP下)，并且仍然可以获得EP增强的好处。
作为概念验证，杨的团队测试了系统的检测极限，或者检测系统噪声微弱扰动的能力。他们证明，与传统传感器相比，使用EP增强配置的传感器检测限降低了六倍。
“通过这项工作，我们已经证明我们可以显着增强检测微弱信号扰动的能力，”毛说。“我们现在专注于将该理论推向广泛的应用。我特别关注医疗应用，特别是致力于增强磁传感，这可用于改进MRI技术。目前，核磁共振成像需要整个房间进行仔细的温度控制。我们的EP平台可用于增强磁传感，以实现便携式床边MRI。”