1毫米集成光子芯片研發(fā)成功 使量子陀螺儀等設(shè)備成為可能
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】具有固定相位差的兩列準(zhǔn)單色波的疊加將導(dǎo)致振幅發(fā)生變化，由于幅度變化依賴(lài)于相位差的余弦函數(shù)，這種幅度的變化有時(shí)候在空間表現(xiàn)為周期性的條紋，這種條紋有時(shí)候叫做干涉條紋。通過(guò)測(cè)量較容易測(cè)量的振幅即可獲取波的相位信息，從而獲得實(shí)驗(yàn)所關(guān)心的物理量。這就是干涉儀的基本原理。
干涉儀是很廣泛的一類(lèi)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的總稱(chēng)，它不僅可以用來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度、折射率和波長(zhǎng)等信息，也可以用來(lái)檢驗(yàn)光學(xué)元件、測(cè)量引力波等，還可以用作高分辨率光譜儀。干涉儀在天文學(xué)，光學(xué)，工程測(cè)量，海洋學(xué)，地震學(xué)，波譜分析，量子物理實(shí)驗(yàn)，遙感，雷達(dá)等等精密測(cè)量領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。
但是，傳統(tǒng)的干涉測(cè)量法想要準(zhǔn)確得出數(shù)值，不僅需要精心設(shè)置鏡子和激光系統(tǒng)使之對(duì)其，還要在使用過(guò)程中避免振動(dòng)。這是經(jīng)典干涉儀不可避免的缺點(diǎn)。
近日，《自然—通訊》發(fā)表的一篇論文，對(duì)干涉儀的這一缺點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)提升。
羅切斯特大學(xué)光學(xué)助理教授Jaime Cardenas和博士生、第一作者宋美廷在基于由羅徹斯特大學(xué)物理學(xué)教授Andrew Jordan和實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生們開(kāi)發(fā)的波導(dǎo)弱值放大理論基礎(chǔ)上，共同開(kāi)發(fā)的1毫米乘1毫米的集成光子芯片，可以在不增加無(wú)關(guān)的、不必要的輸入或“噪聲”的情況下放大干涉信號(hào)。
與傳統(tǒng)的干涉儀不同，新裝置沒(méi)有使用一組傾斜的鏡子來(lái)彎曲光線并產(chǎn)生干涉圖樣，而是使用了一個(gè)設(shè)計(jì)好的波導(dǎo)來(lái)傳播光場(chǎng)的波前穿過(guò)芯片。Cardenas說(shuō)，這是這篇論文的新穎之處之一。宋美廷將傳統(tǒng)的干涉測(cè)量法所需要精心設(shè)置鏡子和激光系統(tǒng)集成在小小的光子芯片中，以更少的光達(dá)到相同的干涉儀信號(hào)，消除了傳統(tǒng)干涉儀的限制，用多模干涉儀在集成光子平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了一種廣義形式的弱值放大，并提高了它們的穩(wěn)定性和信噪比。這為繼續(xù)增加激光功率增加信噪比留下了空間。
Jaime Cardenas表示，下一步將把該設(shè)備用于相干通信和使用壓縮或糾纏光子的量子應(yīng)用，使量子陀螺儀等設(shè)備成為可能。
相關(guān)論文信息：
Enhanced on-chip phase measurement by inverse weak value amplification
Meiting Song, John Steinmetz, Yi Zhang, Juniyali Nauriyal, Kevin Lyons, Andrew N. Jordan & Jaime Cardenas
Nature Communications volume 12, Article number: 6247 (2021)
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