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美國防機構研發(fā)光微型傳感器 可助導航監(jiān)視等

　　微機電系統(tǒng)，又被稱為MEMS，在現(xiàn)代軍事系統(tǒng)中無處不在，如導航陀螺儀、輕質收音機的微型麥克風，診斷傷員病情的醫(yī)用生物傳感器。這么廣泛的應用源于MEMS器件的便攜性、低功耗、低成本。雖然目前使用MEMS傳感器十分普遍，但他們的工作性能仍低于理論極限的多個量級。導致此現(xiàn)象源于兩個障礙：熱波動和隨機量子波動，被稱為標準量子極限屏障。
　　美國國防預先研究計劃局(DARPA)的“光輻射冷卻和供暖集成器件”(ORCHID)計劃的目的就是提高MEMS性能，克服后者的障礙?？朔藴柿孔訕O限，或海森堡極限，對器件的量子狀態(tài)提出精細的工程要求。ORCHID項目就是將微光學和機械部件組合到一個“光機”器件中。配以新的測量技術，此器件可超越量子極限運行。項目在最近取得了里程碑式進展，美國加州理工學院的ORCHID研究人員報道了一個新的方法在一個芯片上生成了“壓縮光”。他們的工作在最近發(fā)表在自然雜志上，名稱為《源自硅微機械諧振器的壓縮光》，文中有詳細報道。
　　DARPA的ORCHID項目經理Jamil Abo-Shaeer指出：“加州理工學院的研究人員使用變形的光學諧振腔，減小幅度波動，產生壓縮光，改變了典型的噪聲性能?！毖芯咳藛T顯著減小光的振幅噪聲，而其它參數(shù)沒有參與測量?？傮w而言，系統(tǒng)的整體噪聲是不變的，只是將噪聲從所測量的參數(shù)上轉移，而不改變先前的研究。這個新計劃采用芯片級、硅基技術，可部署應用于傳感器中。
　　壓縮光一直以來都是研究重點，以尋求更精確的測量方法。例如，DARPA的量子輔助傳感與讀取(QuASAR)項目就是研制一個光機械加速度計，其中壓縮光在提高加速度計靈敏度方面發(fā)揮了重要作用。美國科羅拉多大學的QuASAR研究人員在最近發(fā)表于“物理評論X”雜志上的論文《強光機械壓縮光》中給出了詳細描述，由毫米級尺寸硅-氮化物薄膜的法布里-玻羅光學諧振腔產生壓縮光。其它QuASAR相關研究包括磁場傳感和時間維持，還可利用壓縮光實現(xiàn)性能的提升。
　　壓縮光的方法最近在項目中取得了突破，可使其從基礎研究快速過渡到實際應用中。自從2010年以來，ORCHID還開發(fā)了集成光機械器件實現(xiàn)低相位噪聲微波振蕩器，可用于多個國防領域，包括安全通信、導航和監(jiān)視。ORCHID技術還可用于光處理，如片上光延遲、開關、高效的光波長轉換器、光存儲和高速可調光濾波器。
　　近期ORCHID項目經理Robert Lutwak評價這次在定位、導航和定時實際應用中的重要性，“由于20世紀90年代DARPA推動MEMS制造技術的早期發(fā)展，MEMS器件已在商用和國防導航和傳感系統(tǒng)中取得了關鍵作用。最近ORCHID的研究成果為新一代具備優(yōu)異性能的MEMS慣性傳感器的發(fā)展鋪平道路。”