光學(xué)機(jī)械設(shè)備使用的光進(jìn)行運(yùn)動的檢測。它們可以被用作低功耗，高效率的積木式加速度計(jì)，可用于檢測智能手機(jī)的方向和運(yùn)動以及在事故的幾分之秒內(nèi)觸發(fā)汽車的安全氣囊?？茖W(xué)家們正在努力使這些設(shè)備小型化，對于運(yùn)動、受力和震動更敏感。
識別最小的運(yùn)動情形需要非常高水平的光波之間的相互作用或耦合，以用于檢測，其中機(jī)械波是綁定到運(yùn)動中的。在光學(xué)學(xué)會的《光學(xué)快報(bào)》雜志中，巴西坎皮納斯大學(xué)的相關(guān)研究人員報(bào)告說，他們新的靶心磁盤設(shè)計(jì)所達(dá)到的耦合效率，實(shí)現(xiàn)了與最好的基于實(shí)驗(yàn)室的光學(xué)機(jī)械設(shè)備的報(bào)告相匹配。
而最先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備所使用的并不是能廣泛使用的設(shè)備，這種新型的靶心磁盤設(shè)備是由一個標(biāo)準(zhǔn)的用于制造互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）芯片制造相同的工藝鑄造廠制作的，后者則用于大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)。
“因?yàn)檫@種設(shè)備是由商業(yè)CMOS代工制造工藝進(jìn)行制造，那么世界上的任何一組制造設(shè)備都可以復(fù)制它，” Thiago P. Mayer Alegre說，他是研究小組的領(lǐng)導(dǎo)者。“如果有數(shù)千人制造，他們都會以同樣的方式執(zhí)行，因?yàn)槲覀兪惯@種設(shè)備能夠適應(yīng)鑄造廠的制造工藝。相比利用專門的內(nèi)部制造技術(shù)制造這些設(shè)備，這種CMOS的制造工藝也更便宜和更快。”
使光和運(yùn)動相結(jié)合
大多數(shù)機(jī)械設(shè)備使用相同的機(jī)制來限制光和機(jī)械波在材料中，實(shí)現(xiàn)波的相互作用。然而，這種方法會限制光學(xué)器件的性能，只因?yàn)橹挥心承┎牧喜拍軌蚝芎玫卦谟邢薜墓夂蜋C(jī)械運(yùn)動情況下工作。
“一旦你打破光和力學(xué)的約束規(guī)則，你可以使用任何類型的材料，”Alegre說。“它也使得有可能獨(dú)立地進(jìn)行設(shè)備的調(diào)整，使其工作在某些特定的光的頻率或機(jī)械波頻率處。”
研究人員創(chuàng)建了一個24微米寬的硅圓盤，利用不同的機(jī)制限制光和機(jī)械波。光被限制在設(shè)備內(nèi)進(jìn)行反射，這導(dǎo)致光在磁盤邊緣的反彈，并圍繞在一個圓形環(huán)的外面部分。研究人員給硅盤加圓，形成一個靶心的外觀，即定位機(jī)械運(yùn)動的外環(huán)，它可以與光相互作用。磁盤由一個允許磁盤移動的中心基座支持.。
“徑向圓環(huán)曾在其它設(shè)備中被用來限制光波，但我們把這種方法應(yīng)用到了機(jī)械波中，”Alegre說。“我們的光學(xué)機(jī)械裝置是第一個使用這種徑向圓環(huán)用于機(jī)械和光學(xué)波的耦合。”
該硅盤的設(shè)計(jì)的靈活性意味著它可不僅僅是用來感知運(yùn)動。例如，用激光材料制造磁盤可以產(chǎn)生一個由運(yùn)動控制的脈沖或功率水平的激光器。該器件也可用于使非常小和高頻率的光調(diào)制器的電信領(lǐng)域的應(yīng)用。
研究人員正在進(jìn)一步完善其裝置的設(shè)計(jì)，并利用更好的CMOS代工制造流程進(jìn)行設(shè)備的制造。這樣可以減少磁盤丟失的光量，從而提高整體性能。他們還想通過可實(shí)現(xiàn)光的來回的集成光波導(dǎo)與光機(jī)械磁盤相結(jié)合形成一個使得這種設(shè)備更加實(shí)用化整體設(shè)備。
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