最新發現：光子芯片提（tí）高光學儀器測量精度的理論可行性

羅切斯特大學研究人員共同開發的1平方毫米的集成光子芯（xīn）片將使幹涉儀精（jīng）度（dù）更高。圖片來源：羅切（qiē）斯特大學/ J. Adam Fenster

　　從鏡子（zǐ）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（lì）波，通（tōng）過合並兩個或多個光源，幹涉儀產生的幹涉（shè）圖（tú）樣可以提供一切事（shì）物的詳細信息。

　　“想要進行非常精（jīng）確的測量，光學幹涉儀必不可少，因為光可以（yǐ）成為非常精確的‘尺子’。”美國羅切斯特大學光學助理教授Jaime Cardenas說。

　　現在（zài），Cardenas的實驗室發明了一種方法（fǎ），使這種光學機器更加靈敏。羅切斯特大學博士生宋美廷（音譯）首次在1平方毫米的（de）集成光子芯片上驗證了一種實驗方法，可以在不增加無關且（qiě）不必要的輸入或（huò）“噪聲（shēng）”的情況下放大幹涉信號。近日發（fā）表在《自然—通訊》的這一突破（pò），基於該校物理學教授Andrew Jordan和（hé）實驗室學生開發的波導弱值放大理論（lùn）。

　　Jordan和團隊研究弱值放大已有十多（duō）年。他們以一種新穎的方式將模態（tài）分析應用於具有弱值放大（dà）功能的（de）自（zì）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，並由此證明了在光子芯片上集成弱值放大的（de）理論可行性。

　　弱值（zhí）放大是基於光的量子力學，基本上隻涉及（jí）包含所需信息的特定光（guāng）子導向探測器。Cardenas說，這個概念曾被演示過，但“總是要（yào）在實驗室裏放置一張桌子、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（yǒu）這（zhè）些（xiē）物質提煉（liàn）出來，放入光子芯片中。通過把幹涉儀裝在芯片上，你可以把（bǎ）它放在火箭（jiàn）、直升機，或者手機上。放在哪裏（lǐ）它（tā）都不會偏移（yí）。”Cardenas說。

　　與傳（chuán）統的幹涉儀不同，新裝置沒有（yǒu）使用一組傾斜的鏡子來（lái）彎曲光線並產生幹涉圖（tú）樣，而是使用了（le）一個設（shè）計好的（de）波導（dǎo）來傳（chuán）播光場的波。Cardenas說（shuō），這是該（gāi）研究的新穎之處。

　　在傳統幹涉儀中，隻要簡單地提高（gāo）激光功率，就（jiù）可（kě）以提高信噪比，從而產生更有意義的輸入。但Cardenas說，這實際上是有限製的，因為傳統的幹涉儀探測器隻（zhī）能處理有限的激光功率，在達到飽和前，信號（hào）噪聲比並不（bú）能提高。

　　新裝（zhuāng）置通過在探測器上以更少的光達到（dào）相同的幹涉儀信號，消除了這一限製，這為通過繼續增加激光（guāng）功率從而增加信噪比留下了空間。“如果以傳統幹涉儀相同的功率到達新弱值，新設備總（zǒng）是會有更好的信噪比。”Cardenas說，“這項工作真的很酷，有很多非常（cháng）棒的物理和（hé）工程應用在後台進行。”

　　他表示，下一步將把該設備用於相幹通信和（hé）使用壓縮或糾纏光子的（de）量子應用，使量子陀螺儀等（děng）設備成為可能。

來（lái）源： 中（zhōng）國科學報 馮維維