热力学极限下具有扩展动态范围的芯片级光机械腔参数驱动惯性传感
系统与控制
2022-11-01 v1 系统与控制
光学
摘要
近期的科学技术进展已实现对引力波的探测、自动驾驶，以及月球通信网络（Lunar Internet 或 LunaNet）的提议。这些工作都基于对微小位移的测量以及相应的力或场 transduction，进而转化为导航所需的加速度、速度与位置确定。最先进的加速度计采用电容或压阻技术，以及通过集成电路（IC）技术的微机电系统（MEMS）来驱动换能器并将其输出转换为电信号读出。近年来，激光光机械 transduction 与读出已实现高灵敏度运动位移检测。在此，我们进一步研究当传感器被驱动至振荡模式时光机械 transduction 的新型机械频率读出技术的理论框架 [8]。我们展示了理论与物理的一致性，并利用一个器件表征了最相关的性能参数：其加速度灵敏度为 1.5 mg/Hz，位移分辨率为 2.5 fm/Hz^{1/2}（对应 17.02 μg/Hz^{1/2} 的力等效加速度），功率灵敏度为 5.91 Hz/nW，均达到热力学极限。此外，我们提出一种在保持精密传感灵敏度的同时扩展动态范围的新技术。我们的惯性加速度计集成于芯片上，采用激光失谐方法，便于封装。
引用
@article{arxiv.2210.17014,
title = {Parametrically driven inertial sensing in chip-scale optomechanical cavities at the thermodynamical limits with extended dynamic range},
author = {Jaime Gonzalo Flor Flores and Talha Yerebakan and Wenting Wang and Mingbin Yu and Dim-Lee Kwong and Andrey Matsko and Chee Wei Wong},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.17014},
year = {2022}
}