微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)諧振器最近被利用于消除雷射光中的細(xì)微量子波動(dòng)，從而可望用于實(shí)現(xiàn)新一代超精密的測(cè)量?jī)x器。
美國(guó)加州理工學(xué)院(California Institute of Technology)教授Oskar Painter在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出的這項(xiàng)研究，可說是首次展示由標(biāo)準(zhǔn)矽晶MEMS所產(chǎn)生的「壓縮光」。

雷射測(cè)量技術(shù)可用于實(shí)現(xiàn)一些世界上最精確的測(cè)量?jī)x器，但是，針對(duì)一些最敏感的科學(xué)應(yīng)用時(shí)，必須設(shè)法克服原始雷射光波形中固有的波動(dòng)。這種稱為「量子波動(dòng)」的情形會(huì)持續(xù)存在，甚至存在雷射穿過的真空狀態(tài)。如今，Painter與其他幾位教授們共同研發(fā)出一種矽晶MEMS元件，可將量子波動(dòng)壓縮出來，產(chǎn)生一種比傳輸于真空狀態(tài)時(shí)更純凈的光。

相較于普通光，壓縮光具有精確量測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，而且可在極低電平下實(shí)現(xiàn)。此外，由于這種壓縮光是透過矽晶產(chǎn)生的，因而能擴(kuò)展至具有超敏感固態(tài)感測(cè)器的各種應(yīng)用中。

自從加州理工學(xué)院教授Kip Thorne和物理學(xué)家Carlton Caves在30多年前預(yù)測(cè)壓縮光能實(shí)現(xiàn)更靈敏的感測(cè)器后，該校一直是壓縮光研究的先驅(qū)。十年后，加州理工學(xué)院教授Jeff Kimble以壓縮光進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，為加州理工學(xué)院和麻省理工院(MIT)共同營(yíng)運(yùn)的雷射干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)中所用的引力波探測(cè)器光提高了雷射靈敏度。


掃描矽晶微機(jī)電諧振器的電子顯微鏡影像(1)可用于產(chǎn)生壓縮光。光進(jìn)入(左)并反射透鏡(右)而與微機(jī)電諧振器互動(dòng)，從而消除了波動(dòng)。數(shù)值模型顯示奈米光束的差分平面運(yùn)動(dòng)(2)。（來源：加州理工學(xué)院）

在絕緣體上覆矽(SOI)基底制造出來的MEMS諧振器，可耦合至一個(gè)能將雷射光饋送至矽光束間所產(chǎn)生的奈米光子空腔的波導(dǎo)。光線在此空腔中來回反射光束，使其得以與傳統(tǒng)量子波動(dòng)相反的方式產(chǎn)生振動(dòng)，從而消除量子波動(dòng)。

Painter與博士候選人Amir Safavi-Naeini和Jeff Hill，以及 along with postdoctoral scholar 博士后研究Simon Groblacher、前研究生Jasper Chan、維也納大學(xué)物理系教授Markus Aspelmeyer 共同展開這項(xiàng)研究。

該計(jì)劃的資金由Gordon and Betty Moore Foundation、DARPA、空軍科研學(xué)辦公室以及Kavli Nanoscience Institute奈米科學(xué)研究所贊肋。

編譯：Susan Hong

(參考原文：MEMS Nixes Quantum Light Fluctuations，by R. Colin Johnson)