微弱電場測量在工業(yè)、國防、科研領(lǐng)域均有著不可替代的作用。光學電場測量響應快、帶寬大。過去數(shù)十年，基于體鈮酸鋰的集成光學電場傳感器取得了長足發(fā)展，但受材料、工藝限制，仍存在靈敏度不夠高、缺乏長期穩(wěn)定性等難題。近日，清華大學電機系電磁材料與系統(tǒng)團隊在高靈敏度、微型化電場傳感器研究中取得重要進展。

薄膜鈮酸鋰（LNOI）厚度僅為百納米，作為新材料，為克服上述不足提供了可能，但傳統(tǒng)工藝無法加工。2018年起，研究團隊針對LNOI難以加工的關(guān)鍵難題，經(jīng)過幾年摸索，獨立研發(fā)了低損耗、高效率的加工工藝，實現(xiàn)了傳輸損耗為0.13dB/cm的波導高質(zhì)量刻蝕。與以往利用數(shù)厘米長干涉光路實現(xiàn)電場傳感不同，項目組基于LNOI設(shè)計并實現(xiàn)了尺寸為百微米的高品質(zhì)因子微環(huán)諧振腔，通過增加微波和光波的相互作用，從本質(zhì)上大幅提高了靈敏度。與Pound-Drever-Hall方法結(jié)合，形成了激光鎖頻的微腔電場傳感方案，進一步提高了靈敏度。最終實現(xiàn)了探測靈敏度為5.2μV/（mHz1/2）、可實時測量電場強度和相位的電場傳感器。

實測傳感器件1（品質(zhì)因子）和傳感器件2（品質(zhì)因子）的初始最小可測場強分別為8.8和29.5μV/（mHz1/2），帶寬分別為414和101MHz，動態(tài)范圍分別為123和122dB。進一步降低系統(tǒng)噪聲后，器件1的最小可測場強達到了5.2μV/（mHz1/2），是經(jīng)典物理領(lǐng)域同帶寬下已報道的的電場傳感器。

來源：傳感器專家網(wǎng)