新型光学传感器实现纳米测量 可作为激光器和探测器元件

该光学传感器是基于硅(IMOS)平台上的磷化铟(InP)膜,非常适合包括激光器或探测器等无源元件。

  5月21日消息,埃因霍温理工大学的研究人员开发了一种新的集成光学传感器,它可以提高测量的分辨率,并为完全集成和紧凑的光学传感器铺平了道路,包括用于片上传感平台的激光器和探测器。这种传感器可以在纳米尺度上精确测量位移和力,这对于微芯片和纳米器件的设计和评估至关重要。这项研究已经发表在《自然通讯》杂志上。

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  在纳米电子学时代,精确性是最重要的。例如,纳米结构可以用纳米光学仪器来监测,微小的、基于光的系统可以测量最小的表面变化、力和运动。由于分辨率和速度是必不可少的,基于光机系统的光学读出传感器常被用于原子力显微镜(AFMs)等传感应用中。这些装置通过测量悬臂梁在感兴趣表面上的偏转所反射的激光,生成亚纳米分辨率的图像。

  然而,传统的基于激光的方法,如原子力显微镜中的方法,可能是笨重的,而随着对低成本和高分辨率的需求,激发了对替代方法的需求。由于纳米光机系统(NOMS)的发展,可以实现用于测量纳米级运动、力和质量的紧凑型光学传感器。一个限制因素是需要一个窄线宽的可调谐激光器,这可能很难在设备上充分结合。

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  为了解决这个问题,刘天冉、菲奥雷和图埃光子集成研究所的同事设计了一种新的光机装置,其分辨率为45毫米(约为最小原子大小的1/1000),测量时间仅为几秒钟。至关重要的是,该设备具有80纳米的超宽光学带宽,消除了对可调谐激光器的要求。

  该传感器是基于硅(IMOS)平台上的磷化铟(InP)膜,非常适合包括激光器或探测器等无源元件。传感器本身由四个波导结构组成,它们将光信号限制在特定的路径和方向上,两个波导悬挂在两个输出波导上。当悬置波导被推向InP膜上的输出波导时,输出波导所携带的相对信号量会发生变化。制作通过一系列光刻步骤来定义波导和悬臂梁,最终的传感器由传感器、驱动器和光电二极管组成。

  这种传感器的一个关键优点是,它可以在大范围的波长范围内工作,这样就不需要在设备上安装昂贵的激光器。在悬臂梁挠度方面,该传感器还复制了传统但体积庞大的AFMs悬臂梁的分辨率。利用这一新设备作为基础,研究人员计划开发一个完整的“纳米计量实验室”,它集成在一个可以用于半导体计量的芯片上,有助于下一代微芯片和纳米电子学的设计。

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