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研究者开发新型光学传感器实现纳米测量可作为激光器和探测器元件

发布时间:2020-07-21 08:41 作者:沙龙sa36

  该光学传感器是基于硅(IMOS)平台上的磷化铟(InP)膜,非常适合包括激光器或探测器等无源元件。

  5月21日消息,埃因霍温理工大学的研究人员开发了一种新的集成光学传感器,它可以提高测量的分辨率,并为完全集成和紧凑的光学传感器铺平了道路,包括用于片上传感平台的激光器和探测器。这种传感器可以在纳米尺度上精确测量位移和力,这对于微芯片和纳米器件的设计和评估至关重要。这项研究已经发表在《自然通讯》杂志上。

  在纳米电子学时代,精确性是最重要的。例如,纳米结构可以用纳米光学仪器来监测,微小的、基于光的系统可以测量最小的表面变化、力和运动。由于分辨率和速度是必不可少的,基于光机系统的光学读出传感器常被用于原子力显微镜(AFMs)等传感应用中。这些装置通过测量悬臂梁在感兴趣表面上的偏转所反射的激光,生成亚纳米分辨率的图像。

  然而,传统的基于激光的方法,如原子力显微镜中的方法,可能是笨重的,而随着对低成本和高分辨率的需求,激发了对替代方法的需求。由于纳米光机系统(NOMS)的发展,可以实现用于测量纳米级运动、力和质量的紧凑型光学传感器。一个限制因素是需要一个窄线宽的可调谐激光器,这可能很难在设备上充分结合。

  为了解决这个问题,刘天冉、菲奥雷和图埃光子集成研究所的同事设计了一种新的光机装置,其分辨率为45毫米(约为最小原子大小的1/1000),测量时间仅为几秒钟。至关重要的是,该设备具有80纳米的超宽光学带宽,消除了对可调谐激光器的要求。

  该传感器是基于硅(IMOS)平台上的磷化铟(InP)膜,非常适合包括激光器或探测器等无源元件。传感器本身由四个波导结构组成,它们将光信号限制在特定的路径和方向上,两个波导悬挂在两个输出波导上。当悬置波导被推向InP膜上的输出波导时,输出波导所携带的相对信号量会发生变化。制作通过一系列光刻步骤来定义波导和悬臂梁,最终的传感器由传感器、驱动器和光电二极管组成。

  这种传感器的一个关键优点是,它可以在大范围的波长范围内工作,这样就不需要在设备上安装昂贵的激光器。在悬臂梁挠度方面,该传感器还复制了传统但体积庞大的AFMs悬臂梁的分辨率。利用这一新设备作为基础,研究人员计划开发一个完整的“纳米计量实验室”,它集成在一个可以用于半导体计量的芯片上,有助于下一代微芯片和纳米电子学的设计。

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