清華大學(xué)：研究基于薄膜鈮酸鋰的高靈敏度電場(chǎng)傳感器

微弱電場(chǎng)測(cè)量在工業(yè)、國(guó)防、科研領(lǐng)域均有著不可替代的作用。光學(xué)電場(chǎng)測(cè)量響應(yīng)快、帶寬大。過(guò)去數(shù)十年，基于體鈮酸鋰的集成光學(xué)電場(chǎng)傳感器取得了長(zhǎng)足發(fā)展，但受材料、工藝限制，仍存在靈敏度不夠高、缺乏長(zhǎng)期穩(wěn)定性等難題。近日，清華大學(xué)電機(jī)系電磁材料與系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)在高靈敏度、微型化電場(chǎng)傳感器研究中取得重要進(jìn)展。

薄膜鈮酸鋰（LNOI）厚度僅為百納米，作為新材料，為克服上述不足提供了可能，但傳統(tǒng)工藝無(wú)法加工。2018年起，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)LNOI難以加工的關(guān)鍵難題，經(jīng)過(guò)幾年摸索，獨(dú)立研發(fā)了低損耗、高效率的加工工藝，實(shí)現(xiàn)了傳輸損耗為0.13dB/cm的波導(dǎo)高質(zhì)量刻蝕。與以往利用數(shù)厘米長(zhǎng)干涉光路實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)傳感不同，項(xiàng)目組基于LNOI設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了尺寸為百微米的高品質(zhì)因子微環(huán)諧振腔，通過(guò)增加微波和光波的相互作用，從本質(zhì)上大幅提高了靈敏度。與Pound-Drever-Hall方法結(jié)合，形成了激光鎖頻的微腔電場(chǎng)傳感方案，進(jìn)一步提高了靈敏度。最終實(shí)現(xiàn)了探測(cè)靈敏度為5.2μV/（mHz1/2）、可實(shí)時(shí)測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度和相位的電場(chǎng)傳感器。

實(shí)測(cè)傳感器件1（品質(zhì)因子）和傳感器件2（品質(zhì)因子）的初始最小可測(cè)場(chǎng)強(qiáng)分別為8.8和29.5μV/（mHz1/2），帶寬分別為414和101MHz，動(dòng)態(tài)范圍分別為123和122dB。進(jìn)一步降低系統(tǒng)噪聲后，器件1的最小可測(cè)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到了5.2μV/（mHz1/2），是經(jīng)典物理領(lǐng)域同帶寬下已報(bào)道的的電場(chǎng)傳感器。

來(lái)源：傳感器專家網(wǎng)