Accurate, precise pressure sensing with tethered optomechanics
National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Case Western Reserve University（凯斯西储大学）
本研究通过光学力学技术实现了高精度压力传感，展示了其在替代传统压力计方面的潜力。
2025-07-17 physics.app-ph physics.ins-det
Integrated optomechanical ultrasonic sensors with nano-Pascal-level sensitivity
提出一种集成于光子平台的光机械超声传感器，通过同时利用光学与机械共振实现纳帕级低噪声等效压力，在气体光谱与水下成像中展现出卓越性能。
2025-06-25 physics.ins-det physics.optics
Cavity optomechanical sensing in the nonlinear saturation limit
基于高质量光学微腔的光子传感器已经发现了从惯性传感、电磁测量到化学和生物传感的各种各样的应用。这些传感器具有由转换输入的腔模式的线宽限制的动态范围。该动态范围不仅决定了可以检测到的信号强度的范围，而且还影响传感器对实际环境中大的恶化的外部扰动和冲击的弹性。不幸的是，在检测灵敏度和动态范围之间存在一般的权衡，这破坏了所有基于微腔的传感器的性能。在这里，我们提出了一种方法来扩展的动态范围显着超出腔线宽的限制，在非线性调制制度，而不会降低检测灵敏度为弱信号。与腔光学机械系统，我们实验证明了一个动态范围比腔线宽的6倍，远远超出了传统的线性区域的操作这样的传感器。这里展示的方法将有助于设计基于微腔的传感器，以同时实现高检测灵敏度和大动态范围，这是它们在实际环境中使用的关键特性。
2021-01-18 physics.ins-det physics.optics
Optomechanical accelerometers for geodesy
我们提出了一种新的光机械惯性传感器的低频应用和相应的加速度测量。该传感器的谐振频率为4.7 Hz，机械品质因数为476 k，测试质量为2.6 g，预计本底噪声约为5 E-11 m s-2。在1Hz时每根Hz。这样的性能，连同其小尺寸、低重量、低功耗和对诸如磁场或阻力条件等环境变量的低敏感性，使其成为未来大地测量任务的有吸引力的技术。在本文中，我们提出了一个实验演示的低频地面地震噪声检测的直接比较与商业地震仪，和数据分析算法的识别，表征和校正的几个噪声源。
2022-09-07 physics.app-ph physics.geo-ph physics.ins-det
A microelectromechanically controlled cavity optomechanical sensing system
微机电系统（MEMS）已被应用于物理、化学、生物和医学等领域的许多测量问题。与此同时，腔光学机械系统已经实现了纳米级物体的量子极限位移灵敏度和基态冷却。通过将一种新型的腔体光机结构集成到致动MEMS传感平台中，我们展示了一种具有高质量因子干涉仪读出、两个数量级的光机耦合电调谐和可通过反馈调节的机械传递函数的系统。该平台分离了光学和机械组件，允许为特定的科学和商业应用进行灵活的定制。我们仅用250 nW的光功率发射到传感器中，就实现了4.6 fm/Hz^1/2的位移灵敏度和53 aN/Hz^1/2的力灵敏度。冷阻尼反馈用于将传感器的热机械振动减少3个数量级，并将传感器带宽加宽大约相同的因子，达到\approx 40 kHz的基频的两倍以上。接近标准量子极限的读出灵敏度与MEMS致动相结合，形成一个完全集成、紧凑、低功耗、稳定的系统，与Si批量制造和电子集成兼容。
2012-04-04 physics.ins-det physics.optics quant-ph
High Precision Inertial Sensors on a One Inch Diameter Optic
本文提出一种安装在一英寸光学元件上的紧凑型高精度惯性传感器，通过高Q值机械振子与Pound-Drever-Hall读出方案结合，在0.1-200 Hz频段实现ng级性能，兼具真空兼容性，适用于引力波探测器等地震隔离系统。
2024-03-19 physics.ins-det physics.optics
On-Fiber Optomechanical Cavity
通过在光纤的尖端上对悬挂的金属反射镜进行图案化来制造完全在光纤上的光机械腔。实验证明了悬置反射镜的光致自激振荡。我们讨论了采用光纤光机械腔传感应用的可行性。理论分析评估建议的传感器，这是假设在自激振荡的区域中操作的灵敏度，并将结果与实验数据进行比较。此外，在自激振荡的区域中获得的灵敏度在理论上与通过施加振荡外力驱动强迫振荡时可实现的灵敏度进行比较。
2012-10-27 physics.ins-det physics.optics
Electro-optic frequency combs for rapid interrogation in cavity optomechanics
电光频率梳被用来快速询问光机械传感器，表现出的光谱分辨率大大超过可能与锁模频率梳。频率梳使用基于集成电路的直接数字合成器产生，并利用在自外差配置。与基于激光锁定或扫描的方法不同，本方法允许快速并行测量全光腔模式、大动态范围的传感器位移以及在DC和500 kHz之间的宽频率范围内的采集。除了很好地适合于腔光学机械传感器的测量之外，这种基于光学频率梳的方法可以用于在广泛的物理和化学传感器中的询问。
2022-03-31 physics.ins-det physics.optics
Testing Compact, Fused Silica Resonator Based Inertial Sensors in a Gravitational Wave Detector Prototype Facility
本研究开发了基于高Q值熔融石英谐振器与HoQI读取的紧凑型克级惯性传感器，在AEI 10米原型设施测试中展现出媲美传统千克级传感器的灵敏度，为未来引力波探测器提供了理想方案。
2025-04-29 physics.ins-det
Designing Gram-Scale Resonators for Precision Inertial Sensors
本文研究克级惯性传感器中机械谐振器的设计，通过分析工具和有限元分析建立几何设计方法，并推导出针对特定敏感带宽的性能优化表达式，为高精度小型化惯性传感器提供通用设计指导。
2023-12-14 physics.ins-det
High-accuracy inertial measurements with cold-atom sensors
冷原子干涉仪的研究聚集了全世界学术界和现在工业部门约50个团体的庞大群体。对量子传感和计量学这一子领域的兴趣在于冷原子传感器用于以高水平的稳定性和准确性测量惯性和重力信号的大量可能应用。本文介绍了该领域在过去30年的发展，并侧重于在过去10年的研究工作的加速。本文介绍了冷原子重力惯性传感器的物理原理、硬件的主要组成部分以及设计这种传感器所需的专业知识。然后回顾了重力和惯性信号测量仪器的发展进展，重点介绍了传感器性能的局限性，它们的应用以及最新的研究方向。
2020-03-27 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Optomechanical Detection of Individual Gas Collisions
Yale University（耶鲁大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
通过实验检测Kr、Xe和SF6与光学悬浮纳米颗粒的碰撞动量转移，验证理论预测，利用事件率测量气体分压，谱形探测纳米颗粒表面性质，展示光学机械传感器在基础粒子相互作用精密测量中的灵敏度。
2026-10-20 hep-ex physics.ins-det quant-ph
A vertical inertial sensor with interferometric readout
高精度干涉仪，如重力波探测器，需要复杂的地震隔离系统，以消除不必要的地面运动的实验。改进的主动隔离惯性传感器有可能提高现有和未来引力波探测器的灵敏度，特别是在30 Hz以下，从而增加可探测天体物理信号的范围。本文介绍了一种垂直惯性传感器，用于检测由片簧悬挂的惯性质量与隔震平台之间的相对运动。干涉读出被用来引入低感测噪声，并保留了大的动态范围，由于条纹计数。预期的灵敏度与其他最先进的干涉惯性传感器相当，并且在100 mHz时达到$10^{-10}\,\text{m}/\sqrt{\text{Hz}}$的值，在1 Hz时达到$10^{-12}\,\text{m}/\sqrt{\text{Hz}}$的值。与商用L-4C地震检波器相比，潜在的灵敏度改进在10 mHz和100 mHz下约为两个数量级，在1 Hz下约为一个数量级。预计噪声性能将受到惯性试验质量悬挂的热噪声的限制，低于10 Hz。传感器的进一步性能限制，例如测试质量非完美调平引起的倾斜到垂直耦合以及干涉读数中的非线性，也被量化和讨论。
2022-08-19 physics.ins-det
A Vacuum-Compatible Cylindrical Inertial Rotation Sensor with Picoradian Sensitivity
本文提出一种真空兼容的圆柱形惯性旋转传感器，利用14微米厚BeCu挠曲件悬挂30厘米检验质量，并通过零差干涉仪实现约5 prad/√Hz的皮弧度级低噪声角度测量，且质心可远程调节。
2023-09-14 physics.ins-det
Design of a SOIMUMPs Inertial Sensor and readout Charge Amplifier
本文介绍了一种基于差分电容的惯性加速度计的设计和版图后特性。该加速度计包括一个基于MEMS的机械敏感元件和一个CMOS电荷放大器，它是读出电路的第一级。根据SOIMUMPs工艺技术设计了机械传感器，读出电路采用AMS 0.35um工艺。布局后的仿真结果表明，动态范围为+/-5G，最大带宽为1.58 kHz，非线性度为0.077%，分辨率为10.5 uG/Hz ^[0.5]。读出电路电荷放大器是全差分的，并且被并入具有CDS的开关电容器（SC）拓扑中。
2021-11-11 eess.SP physics.ins-det
Modeling and Experiment of the Suspended Seismometer Concept for Attenuating the Contribution of Tilt Motion in Horizontal Measurements
惯性传感器中的倾斜-水平耦合限制了诸如用于引力波探测器的主动隔离系统的性能。惯性旋转传感器可用于从水平惯性传感器产生的信号中减去倾斜分量，但这种技术通常受到倾斜测量的传感器噪声的限制。一种不同的方法是对传输到水平惯性传感器的倾斜进行机械滤波，如本文所述。该技术不需要辅助旋转传感器，并且可以产生较低的噪声测量。研究的概念使用机械悬挂隔离惯性传感器从输入倾斜。建模和仿真表明，这种配置可以用于充分衰减传输到仪器的倾斜，同时保持感兴趣的频带中的平移灵敏度。实验结果表明，这种方法是一种可行的解决方案，以克服倾斜问题的主动惯性隔振领域的支持。
2016-02-03 physics.ins-det
A cryogenic and superconducting inertial sensor for the Lunar Gravitational--Wave Antenna, the Einstein Telescope and Selene-physics
月球引力波天线是一个拟议中的月球表面低频引力波探测器。它将由一系列高端低温超导惯性敏感器（CSIS）组成。低温环境将与超导材料结合使用，为低损耗致动器和传感器机械开辟道路。CSIS彻底改变了（低温）惯性敏感器场，在0.5 Hz时的模拟位移灵敏度比目前最先进的传感器高3个数量级。它将使月球引力波天线的灵敏度低于1 Hz，低至1兆赫，它也将用于即将到来的爱因斯坦望远镜-第三代引力-波探测器，将利用低温技术，并将有更高的灵敏度低于10赫兹。此外，CSIS地震数据还可以用于获得有关月球内部以及我们所谓的月卫九物理学的新见解。
2022-04-08 astro-ph.IM physics.ins-det
Continuous Cold-atom Inertial Sensor with $1\ \text{nrad.s}^{-1}$ Rotation Stability
我们报告的冷原子惯性传感器，连续捕获的旋转信号的操作。使用联合询问方案，我们同时准备冷原子源和操作原子干涉仪（AI），使我们能够消除死区时间。我们表明，这种连续操作提高了短期的灵敏度的人工智能，并证明了旋转灵敏度的$100\ \text{nrad.s}^{-1}.\text{Hz}^{-1/2}$在冷原子陀螺仪的$11 \ \text{cm}^2$ Sagnac地区。我们还证明了$1 \ \text{nrad.s}^{-1}$在积分时间为$10^4$ s时的旋转稳定性，这建立了原子陀螺仪的记录。冷原子惯性传感器的连续运行将使其能够受益于由量子噪声极限确定的大面积AI的全部灵敏度潜力。
2016-04-04 physics.atom-ph physics.ins-det
Modeling and Performance of Contact-Free Discharge Systems for Space Inertial Sensors
本文介绍了一个详细的概述和评估的非接触式紫外光放电系统（UVDS）需要控制的可变电荷水平的自由飞行的测试质量，这是高精度惯性传感器在空间。一个全面的数值分析方法的实验数据的基础上进行了详细说明。这包括UV光线跟踪、复杂惯性传感器几何结构内的时变电场的计算以及单个光电子轨迹的模拟。随后的数据分析允许确定关键参数以建立分析放电模型。这样的模型是一个必不可少的系统工程工具，需要的需求分解和子系统规格，性能预算，板上充电控制软件的开发，和仪器建模航天器端到端的性能模拟器。不同类型的UVDS的设计概念，并评估其鲁棒性和性能。关键的硬件方面，如电子发射从空气污染的表面，与其他子系统的接口，航天器的操作被认为是。重点是将于2014年发射的欧空局技术演示航天器LISA Pathfinder上现有紫外线分光系统的建模和性能评价。这些结果激励了为未来空间任务的立方体测试质量惯性传感器设计更鲁棒的放电系统概念。所开发的分析工具已被用于设计优化和性能评估的建议设计。相关的鲁棒性和性能数字已经取得了显着改善。
2012-07-03 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.space-ph
A Systematic Approach for Inertial Sensor Calibration of Gravity Recovery Satellites and Its Application to Taiji-1 Mission
本文提出一种用于引力恢复卫星静电惯性传感器标定的系统性方法，仅需两组短期在轨实验即可精确标定完整运行参数，并在 Taiji-1 任务中得到验证，性能略有提升，为未来引力及 GW 空间任务标定提供参考。
2023-08-03 gr-qc physics.geo-ph physics.ins-det
