皮特斯拉灵敏度微腔光机械磁力测量
光学
2024-10-08 v1 应用物理
摘要
腔光机械系统通过利用光学共振增强的读出和机械共振增强的响应，实现了磁场的精密传感。先前的研究通过将Terfenol-D薄膜集成到高品质因子（Q）的回音壁模式（WGM）微腔中，成功实现了可扩展且可重复的微腔光机械磁力测量（MCOM）。然而，其灵敏度被限制在585 pT/Hz^{1/2}，比使用Terfenol-D颗粒的器件差20倍以上。在这项工作中，我们提出并演示了一种高灵敏度且可扩展的MCOM方法，通过在高Q SiO_2 WGM微盘上溅射FeGaB薄膜。我们进行了理论研究，通过改变FeGaB薄膜和SiO_2微盘的参数，探索了磁驱动常数和噪声限制灵敏度。我们制备并表征了多个不同半径的磁力计。通过使用半径为355 μm、厚度为1 μm的微盘，以及半径为330 μm、厚度为1.3 μm的FeGaB薄膜，我们在9.52 MHz处实现了1.68 pT/Hz^{1/2}的卓越峰值灵敏度。这比先前使用溅射Terfenol-D薄膜的研究提高了两个数量级以上。值得注意的是，由于FeGaB薄膜卓越的软磁特性，该磁力计无需偏置磁场即可工作。此外，作为概念验证，我们使用开发的磁力计演示了对模拟高压输电线路电晕电流的脉冲磁场的实时测量。这些高灵敏度磁力计在磁感应断层成像和电晕电流监测等各种应用中具有巨大潜力。
引用
@article{arxiv.2403.14301,
title = {Picotesla-sensitivity microcavity optomechanical magnetometry},
author = {Zhi-Gang Hu and Yi-Meng Gao and Jian-Fei Liu and Hao Yang and Min Wang and Yuechen Lei and Xin Zhou and Jincheng Li and Xuening Cao and Jinjing Liang and Chao-Qun Hu and Zhilin Li and Yong-Chang Lau and Jian-Wang Cai and Bei-Bei Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.14301},
year = {2024}
}