В Калтехе сконструирован миниатюрный оптический акселерометр

Профессор прикладной физики Оскан Пейнтер (Oskar Painter) и его команда из Калифорнийского технологического института в онлайновой версии Nature Photonics описали созданный ими сверхчувствительный оптико-механический акселерометр — устройство, на базе которого возможно создание нового класса микросенсоров с самыми широкими перспективами практического применения.

Их датчик вместо электрического тока использует свет, имеет очень небольшую массу и габариты, но, несмотря на это обеспечивает высокую чувствительность в широком диапазоне частот, откликаясь на движения за десятки микросекунд — в тысячи раз быстрее, чем наилучшие современные акселерометры.

Данная работа, по словам Пейнтера, реально продемонстрировала возможность уменьшения оптического интерферометра до наномасштабов. Наиболее важным условием достижения этого было создание в кремниевом чипе миниатюрной оптической полости. Она имела длину порядка 20 нм, ширину 1 мкм, толщину — несколько десятых долей микрона и была образована из двух кремниевых нанопластин, одна из которых соединялась с эталонным грузом.

Реагируя на внешнее движение, груз смещался, изменяя зазор между нанопластинами. Это, в свою очередь, приводило к изменению интенсивности лазерного света, использующего зазор в качестве волновода. Устроенный таким образом сенсор оказался черезвычайно чувствительным: он регистрировал перемещения до нескольких фемтометров — соразмеримые с диаметром протона.

Чувствительность большинства стандартных датчиков ограничивают термический шум или механические вибрации. В новом сенсоре, из-за микроскопически малой массы эталонного груза свет оказывает на его движения демпфирующее действие. Происходящее в устройстве уменьшение термического движения под влиянием света можно трактовать как охлаждение — снижение температуры до 3 °K делает возможным измерение как больших, так и очень малых ускорений.

Ученые рассчитывают, что недорогие оптические сенсоры, интегрированные в чипы, смогут заменить электрические акселерометры, применяемые сегодня повсеместно: в подушках безопасности автомобилей, в навигационных системах и в сочетании с другими типами датчиков, в камерах и смартфонах.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI