回音壁微谐振器中的拉曼增益诱导损耗补偿及利用回音壁拉曼微激光器的单纳米颗粒探测

近年来，光学回音壁模式谐振器（WGMRs）已成为实现纳米物体无标记探测并达到单分子灵敏度的有前景的平台。WGMRs 的最终探测性能受限于其制造材料中的能量耗散。迄今为止，为了提高探测极限，要么在 WGMR 中掺杂稀土离子以补偿损耗，要么利用等离子体共振来实现优越的场限制。在此，我们首次展示了通过拉曼增益辅助损耗补偿和 WGM 拉曼激光，增强了对二氧化硅 WGMR 中单纳米颗粒诱导模式分裂的探测。值得注意的是，通过监测分裂的拉曼激光线在光电探测器上进行外差混频产生的拍频信号，我们探测并计数了半径低至 10 nm 的单个介电纳米颗粒，创下了新纪录。这种无掺杂方案保留了二氧化硅固有的生物相容性，有望在生物介质传感中得到广泛应用。它也为在其他耗散阻碍领域进展并限制应用的系统中利用固有拉曼增益或参量增益开辟了可能性。