最新發現：光子芯片提高光學儀（yí）器測（cè）量精度的理論可行性（xìng）

羅切斯特大學研究人員共同開發（fā）的1平方毫米的集成光子芯片將使幹（gàn）涉（shè）儀精度更高。圖片來源：羅切斯特大學/ J. Adam Fenster

　　從鏡子上的微小缺陷，到大氣中汙染物的擴散，再到宇宙深處的引力波，通過合並兩個或多個光源，幹涉儀產生的幹（gàn）涉圖樣可以提供一切事物的詳細信息。

　　“想要進行非常精確的測（cè）量（liàng），光學幹涉儀必不可少，因為光可以成為非（fēi）常精確的（de）‘尺子’。”美國羅切斯特大學光（guāng）學助理（lǐ）教授Jaime Cardenas說。

　　現在（zài），Cardenas的實驗室發明了一種方法，使這種光學機器更加靈（líng）敏。羅切（qiē）斯特（tè）大學博士生宋美廷（音譯）首次在1平方毫米的集成光子芯（xīn）片上驗證了一種實驗方（fāng）法，可以在不增加無關（guān）且不必要的輸入或“噪聲”的情況下放大幹涉信號。近日（rì）發表在《自然—通訊（xùn）》的這一突破，基於該校物理（lǐ）學教授Andrew Jordan和（hé）實驗室學生開發的波（bō）導弱值放（fàng）大理論。

　　Jordan和團隊研究弱值放大已有（yǒu）十多年。他們以一種新穎的方式將模態分析應用於（yú）具有弱值（zhí）放大功能的自由空間幹涉儀上，彌補了自由空間與波導弱值放大之間的差距，並（bìng）由此證明了在光子芯片上集成弱值放大的理論可行（háng）性。

　　弱值放大是基於光的（de）量子力學，基本上（shàng）隻（zhī）涉及包含所需信息的特定光子導向探測器。Cardenas說，這（zhè）個概（gài）念曾被演示（shì）過（guò），但“總是要在實驗室裏放（fàng）置一張桌子、一堆鏡子和激光係統，這些物件排列起來非常耗時和辛苦”。

　　“我們將所有這些物質提煉出來，放入光（guāng）子芯片中（zhōng）。通過把（bǎ）幹（gàn）涉儀裝在芯片上，你可以把它放在火箭、直升機，或者手機上。放在哪裏它都不會偏移（yí）。”Cardenas說。

　　與傳統的幹涉儀不（bú）同，新裝（zhuāng）置沒有使用一組傾斜的鏡子來彎曲光線並產生幹涉圖樣，而是使用了一個設計好的波導來傳播光場的波。Cardenas說，這是該研究的新穎之處。

　　在傳統幹涉儀中，隻（zhī）要簡單地提高激光（guāng）功率，就可以提高信噪比，從而（ér）產生（shēng）更（gèng）有意義的輸入。但Cardenas說，這實際（jì）上是有限製（zhì）的，因為傳統的幹涉儀探（tàn）測器（qì）隻能處理有限的激光功率，在達（dá）到（dào）飽（bǎo）和前，信號噪聲比並不能提高。

　　新裝置通過（guò）在探測（cè）器上以更少的光達到相同的幹涉儀（yí）信號，消除了（le）這一限（xiàn）製，這為通過繼續增加激光（guāng）功率從而增加信噪比留下了空（kōng）間。“如（rú）果以（yǐ）傳統幹涉儀相同的功率到達新弱值，新設備總是會有更好的信噪比。”Cardenas說（shuō），“這項工作真的（de）很酷，有很多非常棒的物（wù）理和工程應用在後（hòu）台進行。”

　　他（tā）表示（shì），下一步將把該設備用於相幹通信和使用壓縮或糾纏光子（zǐ）的量子應用，使量子陀螺（luó）儀等設備成為可能。

來源（yuán）： 中國（guó）科學報（bào） 馮維維