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美國防機(jī)構(gòu)研發(fā)光微型傳感器 可助導(dǎo)航監(jiān)視等

　　微機(jī)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(dǎo)航陀螺儀、輕質(zhì)收音機(jī)的微型麥克風(fēng)，診斷傷員病情的醫(yī)用生物傳感器。這么廣泛的應(yīng)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(dǎo)致此現(xiàn)象源于兩個障礙：熱波動和隨機(jī)量子波動，被稱為標(biāo)準(zhǔn)量子極限屏障。
　　美國國防預(yù)先研究計(jì)劃局(DARPA)的“光輻射冷卻和供暖集成器件”(ORCHID)計(jì)劃的目的就是提高M(jìn)EMS性能，克服后者的障礙?？朔?biāo)準(zhǔn)量子極限，或海森堡極限，對器件的量子狀態(tài)提出精細(xì)的工程要求。ORCHID項(xiàng)目就是將微光學(xué)和機(jī)械部件組合到一個“光機(jī)”器件中。配以新的測量技術(shù)，此器件可超越量子極限運(yùn)行。項(xiàng)目在最近取得了里程碑式進(jìn)展，美國加州理工學(xué)院的ORCHID研究人員報(bào)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(jī)械諧振器的壓縮光》，文中有詳細(xì)報(bào)道。
　　DARPA的ORCHID項(xiàng)目經(jīng)理Jamil Abo-Shaeer指出：“加州理工學(xué)院的研究人員使用變形的光學(xué)諧振腔，減小幅度波動，產(chǎn)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(zhuǎn)移，而不改變先前的研究。這個新計(jì)劃采用芯片級、硅基技術(shù)，可部署應(yīng)用于傳感器中。
　　壓縮光一直以來都是研究重點(diǎn)，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(xiàng)目就是研制一個光機(jī)械加速度計(jì)，其中壓縮光在提高加速度計(jì)靈敏度方面發(fā)揮了重要作用。美國科羅拉多大學(xué)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(qiáng)光機(jī)械壓縮光》中給出了詳細(xì)描述，由毫米級尺寸硅-氮化物薄膜的法布里-玻羅光學(xué)諧振腔產(chǎn)生壓縮光。其它QuASAR相關(guān)研究包括磁場傳感和時間維持，還可利用壓縮光實(shí)現(xiàn)性能的提升。
　　壓縮光的方法最近在項(xiàng)目中取得了突破，可使其從基礎(chǔ)研究快速過渡到實(shí)際應(yīng)用中。自從2010年以來，ORCHID還開發(fā)了集成光機(jī)械器件實(shí)現(xiàn)低相位噪聲微波振蕩器，可用于多個國防領(lǐng)域，包括安全通信、導(dǎo)航和監(jiān)視。ORCHID技術(shù)還可用于光處理，如片上光延遲、開關(guān)、高效的光波長轉(zhuǎn)換器、光存儲和高速可調(diào)光濾波器。
　　近期ORCHID項(xiàng)目經(jīng)理Robert Lutwak評價這次在定位、導(dǎo)航和定時實(shí)際應(yīng)用中的重要性，“由于20世紀(jì)90年代DARPA推動MEMS制造技術(shù)的早期發(fā)展，MEMS器件已在商用和國防導(dǎo)航和傳感系統(tǒng)中取得了關(guān)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。”