用于锂硝酸盆上的无冷却低噪声薄膜光声共振器热感测器
光学
2026-01-07 v1
摘要
光声共振传递利用光场与机械运动之间的相互作用，以实现对弱机械量的灵敏测量，具有天然低噪声特性。锂硝酸盆具有低光损耗、强压电性、高固有fQ_m因数以及低热导率，使其成为面向热感测应用的光声平台的有前景材料。本文开发了一个集成化的薄膜锂硝酸盆光声平台，在紧凑的40微米×40微米足迹内精确工程化了光学、机械和热场。该平台集成了悬挂微环共振器和超薄中心膜，降低了机械刚度和有效质量，同时保持了光因子Q_o为1e6和机械品质因子Q_m为1117，振动后提升至5.1e4。该设计抑制了热量传递至硅亚表层，增强了热灵敏度，实现了频率温度系数为-124 ppm/K，室温下10 kHz处的噪声等效功率为6.2 nW/√Hz。该紧凑且可扩展的平台开辟了高灵敏度热感测的新机遇，支持与红外吸收器的异构集成用于无冷却红外探测，并实现全光学芯片内读出，为大规模低噪声红外感测阵列铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2601.02715,
title = {Uncooled low-noise thin-film optomechanical resonator for thermal sensing on lithium niobate},
author = {Yue Yu and Ran Yin and Ian Anderson and Yinan Wang and Jack Kramer and Chun-Ho Lee and Xinyi Ren and Zaijun Chen and Michelle Povinelli and Dan Wasserman and Ruochen Lu and Mengjie Yu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.02715},
year = {2026}
}