在消费类设备和工业中，加光学传感器主要用于检测物质在移动和加速过程中的运动状态。光学传感器已不是一项新技术，但如何集成到芯片级系统，并确保可靠的带宽测量结果，一直是需要攻克的技术难题。
最近，加州理工学院和罗切斯特大学的一支研究小组采用纳米链型检测物以及光子晶体纳米谐振腔成功地解决了这个难题，并宣称“引领了新一代运动传感器”。该项目已在Nature Photonics上发表。
“拉链式”光学谐振腔
这种新型设计将150 μm x 60 μm x 400 nm的检测物质悬挂于宽50 nm、长560 μm的高强度氮化硅纳米链表面。检测物质上边缘的光子晶体纳米谐振腔是实现“拉链”构型的关键。之所以将其命名为“拉链”是因为当检测物质移动时，两根硅纳米束会发生靠拢或分离。
在使用设备时，引入系统的激光会在纳米束的空穴中来回反射，链式检测物的任何微小位移都会改变纳米束的间距，从而改变了激光反射强度。该效应能以极高的灵敏度检测出测试物的运动。
“这种拉链谐振腔装置能达到噪声密度(μg/Hz-1/2) 、带宽噪声25KHz以上的灵敏度，不亚于当前市场中性能最好的传感器。”研究团队在论文中写道，“此类由硅芯片组成的设备还能集成静电调谐电容器，或将可调谐激光器转换为价格相对便宜的固定波长光源。”
对芯片集成的改进
值得一提的是，该光学传感器设计还具有强大的光学机械反作用力，以柔化和提供加速度传感器的阻尼。
“大多传感器都受限于热噪声或机械振动，”Painter指出，“这些噪声会影响传感器的精确度，而我们的设备则由光来施加作用力，能有效地减小热运动，并冷却至3K（约-270℃），显著扩展加速度的测量范围。”
“我们的研究目的是将硅微芯片的原理扩展到大型光学干涉仪，并将其缩减至到纳米量级，其中的关键则是用于读数的微型光学谐振腔。”加州理工学院的Oskar Painter介绍道。
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