سیستم های الکترو-optoمکانیکی یک کلاس تحول آمیز از دستگاه های هیبریدی است که از بین دامنه های الکتریکی، نوری و مکانیکی برای دستیابی به قابلیت های سنجش بسیار فراتر از سنسورهای تک حالت معمولی استفاده می کند.با اتصال حفره های نوری با محرک های مکانیکی و ادغام انتقال الکتریکی، این سیستم ها شناسایی نیروها، جابجایی ها، توده ها و یا نزدیک به حد کوانتومی در طول دهه گذشته، پیشرفت های نظارت سریع فیزیک در سیستم های بنیادی و کنترل مواد بنیادی را فراهم می کند.

اصول اتصال الکترو-Optoمکانیکی

در قلب یک سیستم الکتروکار مکانیکی یک resonator مکانیکی است - به طور معمول یک Cantilever، غشای یا microdisk - که در پاسخ به محرک های خارجی مانند نیرو، شتاب یا بارگذاری مکانیکی ارتعاش می کند، حرکت مکانیکی به طور همزمان به هر دو حفره نوری (به عنوان مثال، یک Fabry-Pérot یا زمزمه صدا زدن نوار الکترونی پایین (تغییرات الکتریکی) و کنترل الکترونی (اغلب به طور مستقیم) متصل می شود.

شاخص های کلیدی که عملکرد را تعریف می کنند عبارتند از: ( = 1 / m، نرخ اتصال مکانیکی ( [FLT3]، و اندازه گیری الکترونی (FLT:3 OM)، و سیستم انتقال الکتریکی (F6LT): طرح های مدرن Q [F5:2 /2] ارزش های بیش از محیط های خنک کننده و خنک کننده (Fiving)

اجزای اصلی و معماری

سیستم های الکترو-optoمکانیکی از مجموعه ای از اجزای مهندسی شده با دقت ساخته شده اند که در زیر ما بلوک های ساختمان اولیه و نقش های آنها را توصیف می کنیم.

مکانیک Resonator

Resonators مکانیکی از کانtilevers در مقیاس میکرون و پرتوهای دو برابر به رشته های نانومقیاس و درامheads محدوده. انتخاب های مواد شامل سیلیکون تک کریستال، نیتید سیلیکون (SiN)، الماس و نیمه هادی های III-V بالا به ویژه به دلیل عوامل کیفیت مکانیکی استثنایی آنها محبوب هستند، که می توانند از فشار اتاق اندازه گیری بالا استفاده کنند - برای به حداکثر رساندن غشای هدف، برای بازگرداندن مجدد، به حداکثر رساندن یک غشای SiN.

ویژگی های نوری

حفره های نوری تعامل بین نور و عنصر مکانیکی را افزایش می دهند:

  • حفره های متخلخل-Pérot بین آینه و یک غشای مکانیکی (membrane-in-the middle) شکل گرفت.
  • حالت جمع آوری (WGM) ریزکارگران (میکروتوروئیدها، میکرواسپس ها یا میکرو تفاوت های کوچک) که در آن نور در امتداد محیط اطراف گردش می کند و زوج های بومی به یک عنصر مکانیکی نزدیک.
  • حفره های بلوری که نور را به حجم موجی محدود می کند، که باعث می شود اتصال به Ultra-strong را انتخاب کند.

در این میان، به طور مستقیم بر روی حساسیت ها تاثیر می گذارد؛ حفره های پیشرفته به اندازه 105، ترجمه به حساسیت های جابجایی زیر 10 تا 18 متر / √ هرتز، به خوبی عمل می کنند.

رابط های الکتریکی

اجزای الکتریکی باعث می شوند که مبدل های عملکردی و خوانایی ( الکترود های بین رقمی، صفحات موازی) برای تشخیص جابجایی کم سرعت رایج هستند. لایه های پیترزوالکتریک (به عنوان مثال، AlN، PZT) یکپارچه شده در Resonator اجازه می دهد برای ارزیابی کارآمد و اندازه گیری سویه. مدارهای مایکروویو فوقرسانی همچنین برای دستیابی به پیکربندی کوانتومی محدود کننده یا تنظیم صدا باز (باز) استفاده می شود.

پیشرفت های اخیر در سن عملکرد

چند سال گذشته شاهد نقاط عطف قابل توجه بوده اند. محققان حساسیت نیروی هرتز را بهتر از 10-20 N / √Hz با استفاده از نانونورهای SiN در دمای مسری نشان داده اند، از محدودیت کوانتومی استاندارد از طریق تکنیک های الکترواستوسکوپی عقب - اندازه گیری فیبروپاتیک در رژیم zeptogram (10-21 g) رسیده است، تشخیص پروتئین های منفرد یا نانوذرات متغیر 1.5 {\displaystyle − {\displaystyle {\displaystyle {\displaystyle {\displaystyle {\displaystyle {\displaystyle }

توسعه ویژه هیجان انگیز استفاده از از شفافیت مبتنی بر مکانیک (OMIT) برای درک خطوط آهسته نور و تاخیر تنبل است که می تواند برای افزایش سنجش متقابل اقتصاد سنجی استفاده شود، علاوه بر این، ترکیب اپتیک و خواندن الکتریکی در یک دستگاه واحد - به همین ترتیب به نام "الکترونیک ترانسمکانیکی" - عملیات مسدود شده است که در آن راه های شبکه های نوری (به عنوان کانال های نوری) فعال می شوند.

برنامه های کاربردی

سن بیولوژیکی و پزشکی

سنسورهای الکترو-optoمکانیکی حساسیت استثنایی برای تشخیص بیولوژیکی را ارائه می دهند. (تحریم های مکانیکی با آنتی بادی ها یا مناسبرها می توانند تک نسخه های بیومارکرها را در زمان واقعی شناسایی کنند، با پتانسیل تشخیص زودهنگام سرطان یا نظارت بر بار ویروسی، سیستم عامل های الکترومکانیکی برای اندازه گیری نیروهای تولید شده توسط موتورهای قلب مولکولی (به عنوان مثال، kinesin، و دستگاه های نظارت بر حرکت مناسب برای آنها، یک نقطه اتصال کوچک از تراشه های نورواکتیکی استفاده می کنند.

نظارت بر محیط زیست

سیستم های الکترو-optoمکانیکی می توانند تغییرات دقیقه ای را در دما، فشار، رطوبت و ترکیب شیمیایی تشخیص دهند. سنسورهای فشار مکانیکی مبتنی بر نورومکانیکی، وضوح زیر پا را به دست آورده اند، که برای علم اتمسفر و تشخیص های خلاء مفید است.[۱] طیفوسکوپی مادون قرمز با استفاده از ردیاب های الکترومکانیکی (۱) و یک موسسه کنترل کننده ی فناوری اطلاعات ملی (۱) گزارش شده است.

تحقیقات فیزیک بنیادی

سیستم های الکترو-optoمکانیکی ابزار قدرتمندی برای آزمایش مکانیک کوانتومی و گرانش هستند. [۱] آنها برای ایجاد حالت های مکوسکوپی Schrödinger در نوسانات مکانیکی استفاده شده اند، جستجو برای ماده تاریک (اکسیون ها، فوتون های پنهان)، و آزمایش فروپاشی تابع موج.

چالش ها و مسیرهای آینده

علی رغم پیشرفت سریع، چندین چالش باقی مانده است. سر و صدا حرارتی یک عامل محدود کننده در دمای اتاق است، نیاز به خنک کننده بازخورد پیشرفته یا عملیات در محیط های مسری است. تحمل پارچه برای حفره های نوری و بازان مکانیکی باید برای دستیابی به عملکرد بالا و بازتولید اجزای نوری و الکتریکی در یک تراشه - بدون قربانی عملکرد - یک منطقه فعال تحقیق با سیستم عامل های سیلیکون مانند وعده سیلیکون و قول است.

جهت های آینده شامل توسعه پرتوهای الکترومکانیکی [FLT1] سنسورهای الکترومکانیکی [FLT: 1] برای شبکه های سنجش توزیع شده، دستگاه های خود کالیبر [به علاوه] با استفاده از استانداردهای مرجع تراشه 2، و hybrid سیستم [F5:5: که دستگاه های برشی را با استفاده از مواد مغناطیسی استاندارد (FQ) تولید مواد اولیه (و یا مقیاس پذیر است.

نتیجه گیری

سیستم های الکترو-optoمکانیکی به عنوان یک پلت فرم متنوع و قدرتمند برای افزایش سنجش در سراسر دامنه های مختلف در حال ظهور هستند.با ادغام نوری، مکانیکی و درجه های الکتریکی آزادی، آنها به حساسیت هایی دست می یابند که محدودیت های علم اندازه گیری را به چالش می کشد. نوآوری در مواد، ساخت و کنترل کوانتومی احتمالا این سیستم ها را از آزمایشگاه به برنامه های دنیای واقعی می آورد، و همه چیز را قادر می سازد تا به عنوان یک فن آوری ناوبری کوانتومی به عنوان وعده های ناوبری الکترونی که در زمینه ای که در آینده به عنوان یک فن آوری های الکتریکی محدود می شود.