虛線示意圖展示了微盤邊緣的機械運動

中央基座支撐(藍色部分)的標靶型光機械微盤(綠色部分)

虛線示意圖展示了微盤邊緣的機械運動

巴西坎皮納斯州立大學(University of Campinas)的研究人員開發出了一款新型光機械器件,能夠同時約束光波和機械波。

這款CMOS兼容的器件通過傳統的光刻技術制得,包括一個位於微型柱體上的矽微盤結構,微盤結構上具有環形機械格柵。由於全內反射,光波像回音廊一樣被約束在微盤結構的邊緣,而機械波則作為一種邊緣態被約束在環狀格柵中的聲子帶隙(當週期性複合材料的周期尺度與聲波或彈性波波長在一個數量級時,聲波或彈性波在該週期性彈性介質中傳播也會形成能帶結構,能帶之間出現的帶隙稱為聲子帶隙)中。

巴西坎皮納斯州立大學的研究人員將該研究成果發表在近期的《光學快報》雜誌上,標題為《標靶型光機械諧振器內光波和機械波的混合約束》,解釋了兩種不相關的約束機理是如何滿足同時存在的光學和機械帶隙,簡化了許多材料的設計限制,同時將光學和機械損失降至最低。

這款微型MEMS器件大約24 um寬,能夠簡便地實現規模量產,它們獨特的光機械特性可以使它們成為高靈敏的力學和運動傳感器,超越目前的加速度計和陀螺儀的傳感能力。

該標靶型MEMS器件的掃描電鏡成像

該標靶型MEMS器件的掃描電鏡成像,側視圖(a)和俯視圖(b)

其輻射狀格柵有效的耦合了機械波和光波,意味著可以通過光波的變化探測機械運動。相反的,如果微盤結構是由激光發射材料製成,機械波的細微變化則會改變激光脈衝,整個機械結構此時便可以作為一款光調製器。

下一步,研究人員希望能夠將這款光機械微盤和一款集成光波導整合在一個封裝內,引導光波的內外傳播。

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