Датчик нового поколения включает лазерный и механический компоненты

Источник: computerra.ru

Сверхчувствительные вибрационные датчики часто используются в атомно-силовой микроскопии, для обнаружения и идентификации критически малых количеств вещества в атмосфере. Когда микроскопический резонатор (струна) соприкасается с частицей или молекулой газа, она начинает вибрировать. Каждый тип молекул вызывает особый тип вибрации, распознается своеобразная уникальная «подпись» вещества. Для увеличения чувствительности сенсора необходимо, чтобы резонатор был как можно меньше. Но здесь существует весьма серьезное ограничение — броуновское движение молекул в резонаторе после вибрации. Оно вносит помехи в последующие измерения, поэтому датчик охлаждают при помощи гелия. Это значительно усложняет устройство и делает его громоздким и дорогим. Команда ученых Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL, Швейцария) под руководством Тобиаса Киппенберга сумела создать компактный датчик, интегрированный в кремниевый чип. Сенсор демонстрирует поразительную точность и скорость измерений при комнатной температуре.

Такой прорыв стал возможным за счет включения в схему сенсора лазеров. Микроскопическая струна резонатора натянута поверх крошечного стеклянного диска. На диск направляется зондирующий лазерный луч, который перемещается по поверхности с частотой 1 000 проходов за 2 нс и отражается вверх. Резонатор расположен строго над восходящим потоком фотонов. Колебания струны оказывают влияние на отраженный свет и меняют его длину. Сравнивая длину волны первоначального и отраженного луча лазера, можно определить характеристики вибрации струны. Одновременно с обработкой информации считывающее устройство формирует сигнал, который подается на второй, контрольный лазер. Этот лазер также направляется на стеклянный диск, отражается и гасит вибрацию резонатора. Такое «виртуальное охлаждение» позволяет проводить измерения вибрации при комнатной температуре, в режиме реального времени и с высочайшей точностью.