上海微系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)片上亞納米量級(jí)的超靈敏位移傳感

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，近日，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)所信息功能與材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室硅光子課題組研究員武愛(ài)民團(tuán)隊(duì)、深圳大學(xué)教授袁小聰、杜路平團(tuán)隊(duì)及英國(guó)倫敦國(guó)王學(xué)院教授Anatoly V. Zayats課題組合作，在硅襯底上提出了基于布洛赫表面光場(chǎng)的非對(duì)稱(chēng)傳輸特性實(shí)現(xiàn)超靈敏位移測(cè)量的方法，并實(shí)現(xiàn)了亞納米級(jí)的位移傳感。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nanoscale上，并被選為當(dāng)期封面文章。

光學(xué)手段為精密位移測(cè)量提供了非接觸的方案，可實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高分辨率的位移檢測(cè)，在納米尺度位移傳感、半導(dǎo)體技術(shù)及量子技術(shù)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。目前廣泛應(yīng)用的激光干涉法具有非接觸和精度高的特點(diǎn)，然而，其對(duì)激光波長(zhǎng)的穩(wěn)定性要求高且嚴(yán)重依賴(lài)光學(xué)器件和光學(xué)路徑，難以滿足光學(xué)系統(tǒng)集成化和輕量化的發(fā)展需求。

布洛赫表面波產(chǎn)生于多層介質(zhì)膜與周?chē)h(huán)境的界面處，具有低損耗，寬色散域，高定向性和CMOS兼容等優(yōu)勢(shì)。該研究基于硅基襯底，利用不對(duì)稱(chēng)狹縫形成納米天線調(diào)控布洛赫表面波，實(shí)現(xiàn)了布洛赫表面光場(chǎng)的非對(duì)稱(chēng)傳輸，布洛赫表面波的不對(duì)稱(chēng)光場(chǎng)對(duì)納米天線和入射高斯光場(chǎng)的相對(duì)位置具有超靈敏的依賴(lài)作用，通過(guò)對(duì)其遠(yuǎn)場(chǎng)表征就可以獲得精確到亞納米量級(jí)靈敏度的位移傳感。該工作利用納米尺度的狹縫實(shí)現(xiàn)了布洛赫表面波的非對(duì)稱(chēng)傳輸，通過(guò)連續(xù)改變光與狹縫的相對(duì)位置，在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)于位移的精確測(cè)量，靈敏度可達(dá)0.12 nm?1，分辨率和量程達(dá)到8 nm和300 nm。該研究為納米測(cè)量及超分辨顯微提供了新的物理原理，并為超靈敏的位移測(cè)量提供了精巧的微型化方案。

結(jié)構(gòu)示意圖和測(cè)量結(jié)果