【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】中科院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心薛飛研究團(tuán)隊(duì)提出利用微透鏡光纖干涉儀探測(cè)微米線機(jī)械振子振動(dòng)模式的新方案。相關(guān)成果分別以Measuring the orientation of the flexural vibrations of a cantilevered microwire with a micro-lens fiber-optic interferometer和Determining the orientation of the flexural modes of a thermally driven microwire cantilever為題發(fā)表于《應(yīng)用物理快報(bào)》(Applied Physics Letters)和《應(yīng)用物理雜志》(Journal of Applied Physics)。
 

 

矩形截面和梯形截面微米線振動(dòng)方向?qū)嶒?yàn)標(biāo)定
 

　　機(jī)械振子(Mechanical Resonator) 是具有特定共振頻率的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在自然界中的普遍存在，小到分子尺度，大到星系宇宙，都能找到它的身影。在日常生活中，機(jī)械振子也已廣泛應(yīng)用于建筑，鐘表，樂器，生物等領(lǐng)域。隨著微納加工技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械振子的尺寸變得越來越小，在很大程度上帶動(dòng)了原子力顯微鏡、分子馬達(dá)等相關(guān)領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。近年來，以懸臂梁式微米線和納米線為代表的機(jī)械振子被用來實(shí)現(xiàn)對(duì)微小物理量(如質(zhì)量，力，溫度梯度等)的靈敏探測(cè)。有研究指出，對(duì)懸臂梁振動(dòng)模式的分辨有助于進(jìn)一步提高探測(cè)的靈敏度，因此對(duì)于機(jī)械振子振動(dòng)模式的探測(cè)成為了重要課題。
 

　　有限元模擬分析可以給出振動(dòng)模式的理論描述，實(shí)驗(yàn)的表征手段主要是激光多普勒振動(dòng)儀。由于只能測(cè)到平行于入射光的振動(dòng)，該方案需要假設(shè)兩振動(dòng)模式近簡(jiǎn)并且相互垂直。最新的研究表明這個(gè)假設(shè)并不總是成立的，因此對(duì)于單個(gè)振動(dòng)模式的獨(dú)立標(biāo)定才是有意義的。已有報(bào)道利用四象限探測(cè)儀直接對(duì)單個(gè)振動(dòng)模式進(jìn)行測(cè)量，但該設(shè)計(jì)裝置復(fù)雜，光路調(diào)節(jié)要求高，并且由于采用自由光路，不適合應(yīng)用于極低溫和強(qiáng)磁場(chǎng)等極端環(huán)境。強(qiáng)磁場(chǎng)中心提出的探測(cè)懸臂梁微米線振動(dòng)模式的新方案，是使用自建的微透鏡光纖干涉儀，結(jié)合激光與微米線相互作用的散射效應(yīng)和干涉效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微米線多個(gè)振動(dòng)模式的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)直接標(biāo)定，不需對(duì)其振動(dòng)模式引入任何先驗(yàn)的假設(shè)。
 

　　這一研究結(jié)果可以將基于微米線機(jī)械振子的靈敏質(zhì)量探測(cè)和基于微納機(jī)械振子的矢量力矩磁探測(cè)等應(yīng)用拓展到極低溫和強(qiáng)磁場(chǎng)等極端環(huán)境條件。
 

　　該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金，合肥物質(zhì)科學(xué)技術(shù)中心發(fā)展基金重大項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院合肥科學(xué)中心技術(shù)發(fā)展基金等項(xiàng)目的大力支持