回音壁模式(Whispering gallery mode,WGM)光学微腔因其具有极高的品质因子(Q)和极小的模式体积近年已经受到大量学者的研究,其在高灵敏度传感器、低阈值激光器和光通信器件等领域表现出巨大的应用潜力,其中以传感器领域的研究应用最为成熟。液晶(Liquid crystal,LC)因其良好的温度、电场响应及表面锚定取向特性使得其成为一种极具优势的光学材料。因此,将LC作为WGM光学微腔的研究为实现各类高灵敏度传感器件提供了可能。本文研究了将液晶作为WGM微腔在温度、电场及生物化学分子传感方面的应用,探讨染料掺杂液晶微球激光激发的WGM谐振特性,通过监控WGM光谱谐振峰位移,实现温度、电场及杨梅素的传感。主要研究内容如下:(1)使用通过火焰加热拉锥制备的锥形毛细微管注射器,在内部覆有聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜的空心玻璃球壳内填充液晶获得液晶微球腔。通过偏光显微镜(POM)照片观察发现PDMS薄膜作用下的液晶微球呈放射状结构,在532nm脉冲激光激发下,获得的WGM激光发射阈值更低。之后分析了液晶微球WGM发射光谱,计算其品质因子大小和谐振模式,给出了激光发射自由光谱范围(FSR)值与液晶微球尺寸的变化规律。结果表明,其FSR值与微球直径成反比。将这种玻璃球壳内的液晶微球用于温度和电场传感。对于温度传感,分别通过理论计算和实验测量了 WGM激光谐振波长λ对温度的响应,其值随温度增加线性减小,计算和测量所得的温度敏感度分别为0.852nm/℃和1.029nm/℃,其数值基本相当且相较其它类型WGM微腔温度传感器的敏感度更高;而对于电场传感,先是分析了电场作用下的液晶分子取向偏转引起的微球结构转变,进而监控与微球内部结构有密切联系的WGM光谱变化,在外界施加电压由0.3V/μm增加到0.65V/μm的过程中,获得的液晶微球WGM激光谐振波长λ产生共2.28nm的蓝移。这种可同时实现温度和电场传感的固体包覆液晶微球由于其稳定性更适用于各种复杂环境的检测中。(2)进一步地将液晶微球用于生物化学分子传感,研究了杨梅素的探测。使用锥形毛细管注射器在水相环境中通过表面张力制作液晶微球,获得了在水环境中先后加入DTAB、DNA及杨梅素溶液后的液晶微球POM照片,其内部结构变化在两极状和放射状之间不断转换。随后,排除干扰项,初步证实杨梅素传感的可行性,探讨了各种金属离子对本实验的影响,通过对比金属离子对DTAB和杨梅素的作用大小,解释了未能观察到金属离子促进杨梅素降解的原因。最后,532nm激光激发液晶微球,获得了在不同浓度杨梅素下的WGM激发光谱,分析光谱位移,结果表明WGM光谱反映出的液晶微球结构变化与通过POM照片观察到的结果一致,在杨梅素浓度为31.6μM至54.5μM的范围内,WGM谐振峰共产生了 0.89nm的蓝移,其敏感度为0.04nm/μM,估算出本研究方法可检测的杨梅素最小浓度间隔为0.3μM。这种通过监测液晶微球WGM光谱变化的传感方式可以实现杨梅素的精确定量测量。