系留光机压力传感器的快速最优读出
Fast, optimal readout of a tethered optomechanical pressure sensor
- Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
- National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）
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中文总结 AI 辅助
本文提出系留光机压力传感器的快速读出方法，使振铃衰减测量速率超过阻尼率，并通过 Cramér-Rao 界优化，实现 10 倍提速或 3 倍降不确定度，推动工业应用。
中文摘要 AI 辅助
我们展示了一种用于系留光机压力传感器的快速读出方法。该快速读出方法使得机械振铃衰减测量速率能够超过总机械阻尼率 $Γ_t$。我们使用 Cramér-Rao 界对振铃衰减测量的不确定性进行建模，并考虑了热机械噪声的影响。我们的数据和 Cramér-Rao 界均表明，测量速率在机械阻尼率量级时产生最低的不确定性。在低压下，与让传感器振铃衰减至热机械噪声底相比，使用最优测量速率可使测量速度提高 10 倍，或使不确定性降低 3 倍。我们的结果使系留光机压力传感器能够以与商用压力计相当的速率运行，消除了光机压力传感器在工业环境中应用的一个障碍。
英文摘要
We demonstrate a fast readout method for tethered optomechanical pressure sensors. The fast readout method allows mechanical ring-down measurement rates that exceed the total mechanical damping rate $Γ_t$. We model the uncertainty of our ring-down measurements with the Cramér-Rao bound, including the effect of thermomechanical noise. Both our data and the Cramér-Rao bound indicate that measurement rates on the order of the mechanical damping rate produce the lowest uncertainty. At low pressures, using the optimal measurement rate allows 10$\times$ faster measurements or 3$\times$ lower uncertainty compared to allowing our sensor to ring down to the thermomechanical noise floor. Our results allow tethered optomechanical pressure sensors to operate at rates comparable to commercially available pressure gauges, removing an obstacle to adoption of optomechanical pressure sensors in industrial settings.
