利用硅光子芯片讓“量子羅盤”更小更精確

近日，美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室研究人員利用硅光子微芯片組件，執(zhí)行了一種名為原子干涉的量子傳感技術(shù)。這是一種測量加速度的超高精度方法，也是研發(fā)無需全球定位系統(tǒng)(GPS)信號(hào)也能進(jìn)行導(dǎo)航的“量子羅盤”最新成果。研究論文發(fā)表在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》上。

智能手機(jī)、健身追蹤器或虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備內(nèi)部都有微小的傳感器用于追蹤位置和移動(dòng)。同樣技術(shù)的“升級(jí)”版本，大小和一個(gè)柚子相當(dāng)，精度要高出千倍，它們借助GPS幫助有更高需求的領(lǐng)域進(jìn)行導(dǎo)航。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這種高精度傳感器的體積和技術(shù)成本正在大幅縮減。

新的高性能硅光子調(diào)制器是一款在微芯片上控制光的設(shè)備。每個(gè)原子干涉儀都需要一個(gè)激光系統(tǒng)，而激光系統(tǒng)又需要調(diào)制器。

通常，作為傳感器系統(tǒng)的原子干涉儀需要占據(jù)一個(gè)小房間。而一個(gè)完整的“量子羅盤”(量子慣性測量單元)則需要6個(gè)原子干涉儀。團(tuán)隊(duì)成功用一顆牛油果大小的真空室取代了大型耗電真空泵，并將多個(gè)部件整合成一個(gè)單一的剛性裝置。

新調(diào)制器是微芯片上激光系統(tǒng)的核心。它能夠承受強(qiáng)烈的振動(dòng)，并將取代通常大小如冰箱的傳統(tǒng)激光系統(tǒng)。激光器在原子干涉儀中執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)。團(tuán)隊(duì)則使用了4個(gè)調(diào)制器來改變單個(gè)激光器的頻率，以執(zhí)行不同的功能。

調(diào)制器經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生不需要的回聲，即邊帶，這需要進(jìn)行抑制。團(tuán)隊(duì)的抑制載波單邊帶調(diào)制器將這些邊帶降低了前所未有的47.8分貝，從而使邊帶強(qiáng)度降低至原來的近十萬分之一。

成本此前是部署量子導(dǎo)航設(shè)備的主要障礙�，F(xiàn)在，團(tuán)隊(duì)可以在一塊8英寸的晶圓上制造數(shù)百個(gè)調(diào)制器。將龐大且昂貴的組件微縮成硅光子芯片有助于降低成本。