荷兰团队研发出用于高精度材料测量的片上技术

2023-03-28 15:25

近日，荷兰代尔夫特理工大学（DELFT）团队开发出了一种芯片上技术，以高精度测量材料中的距离，例如水下或医学成像。该技术依赖于声音振动，适用于不透明材料的高精度位置测量，相关仪器或将带来监测地球气候和人类健康的新技术。

研究人员结合了光学捕获和频率梳两项技术来构建他们的微芯片，该芯片主要由一块形状像蹦床的薄陶瓷片组成。这种薄片上有专门的孔，从而能够增强其与激光的相互作用，其厚度约比人类头发直径要细1000倍。

当与激光束接触时，这种薄陶瓷片的表面会剧烈振动。通过测量振动表面反射的激光，研究人员发现并观察到了梳子形状的振动模式，这是他们以前从未见过的。该研究小组得出结论称，这种梳子状的特征可以作为精确测量距离的“尺子”。

频率梳操作的主要挑战是对驱动频率和功率的要求都很严格。而研究人员展示了一种机制，以创建由单个特征频率的机械泛音组成的频率梳——这是通过将悬浮介质膜与反传播光学阱整体集成来实现的。

这项技术的独特之处在于它不需要精密的硬件，而且很容易生产。这种方法只使用毫瓦的连续波激光束。代尔夫特理工大学（DELFT）助理教授Richard Norte表示：“我们不需要复杂的反馈循环，也不需要调整某些参数来让我们的技术正常运行。这使得它成为一种非常简单和低功耗的技术，更容易在微芯片上小型化。考虑到这些微芯片传感器的体积很小，未来我们或许可以把它们放在任何地方。”

光学频率梳获得了2005年的诺贝尔奖，在世界各地的实验室中被用于非常精确的时间测量和距离测量。而上述研究中科学家们制造了一种声波频率梳，它是由膜中的声音振动而不是光制成的。这种基于声波的易于使用的微芯片技术未来将应用在更广泛的场景之中。