清华大学：研究基于薄膜铌酸锂的高灵敏度电场传感器
2024年03月11日
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微弱电场测量在工业、国防、科研领域均有着不可替代的作用。光学电场测量响应快、带宽大。过去数十年，基于体铌酸锂的集成光学电场传感器取得了长足发展，但受材料、工艺限制，仍存在灵敏度不够高、缺乏长期稳定性等难题。近日，清华大学电机系先进电磁材料与系统团队在高灵敏度、微型化电场传感器研究中取得重要进展。
薄膜铌酸锂（LNOI）厚度仅为百纳米，作为新材料，为克服上述不足提供了可能，但传统工艺完全无法加工。2018年起，研究团队针对LNOI难以加工的关键难题，经过几年摸索，独立研发了低损耗、高效率的加工工艺，实现了传输损耗为0.13dB/cm的波导高质量刻蚀。与以往利用数厘米长干涉光路实现电场传感不同，项目组基于LNOI设计并实现了尺寸为百微米的高品质因子微环谐振腔，通过增加微波和光波的相互作用，从本质上大幅提高了灵敏度。与Pound-Drever-Hall方法结合，形成了激光锁频的微腔电场传感方案，进一步提高了灵敏度。最终实现了探测灵敏度为5.2μV/（mHz1/2）、可实时测量电场强度和相位的电场传感器。
实测传感器件1（最高品质因子）和传感器件2（最低品质因子）的初始最小可测场强分别为8.8和29.5μV/（mHz1/2），带宽分别为414和101MHz，动态范围分别为123和122dB。进一步降低系统噪声后，器件1的最小可测场强达到了5.2μV/（mHz1/2），是经典物理领域同带宽下已报道的最灵敏的电场传感器。
来源：传感器专家网
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