發(fā)布時間：2020年6月12日
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記者從中國科大獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊與合作者合作，基于真空光鑷系統(tǒng)實驗實現(xiàn)了高精度全光學(xué)的質(zhì)量和位置測量。該研究成果日前發(fā)表在物理學(xué)知名期刊《物理學(xué)評論快報》上。
光學(xué)檢測已經(jīng)成為當(dāng)前科學(xué)以及應(yīng)用領(lǐng)域最精密的測量方法，如引力波的探測以及光鑷技術(shù)在生物中的操控和測量，都已經(jīng)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。真空光鑷技術(shù)就是通過在真空環(huán)境中光學(xué)懸浮微納顆粒，能最大程度隔絕環(huán)境噪聲對測量過程的干擾，進(jìn)一步提高測量穩(wěn)定性和靈敏度，可實現(xiàn)力、質(zhì)量等物理量的高精度測量。
在真空光鑷體系中，懸浮粒子的運動行為操控以及將測量信號轉(zhuǎn)換為實際位移的校準(zhǔn)過程是其兩項核心技術(shù)。但是，運動行為操控的不完美以及信號校準(zhǔn)的誤差將直接導(dǎo)致測量靈敏度和準(zhǔn)確度的降低，在微納尺度下，粒子質(zhì)量和外加力的測量是相當(dāng)困難，且測量或估算誤差較大。
科研人員基于幅值鎖定技術(shù)，通過精確測量一顆直徑約為150nm的懸浮二氧化硅小球的非線性頻率移動，獲得了該粒子振動幅值的精確值，從而實現(xiàn)了高精度高準(zhǔn)確度的運動信號校準(zhǔn)。緊接著，他們利用該高精度校準(zhǔn)的真空光鑷系統(tǒng)實現(xiàn)了亞皮米級靈敏度的位置測量和飛克量級微粒的質(zhì)量測量，其測量結(jié)果的相對不確定度分別可達(dá)1%和2.2%。該位置與質(zhì)量測量不確定度是當(dāng)前相關(guān)測量體系所能獲得的最好水平。此外，他們還實現(xiàn)了單個微粒的尺寸和密度的測量，為獲取微納尺度物質(zhì)的參數(shù)和性能提供了新的方法。
該工作成果為實現(xiàn)高可控性的真空光鑷體系打下了重要實驗基礎(chǔ)，為精密測量、微觀尺度熱力學(xué)以及光力相互作用等研究提供了重要實驗平臺。基于這項高可控性的真空光鑷體系，還將可能實現(xiàn)宏觀量子疊加態(tài)，并進(jìn)一步提高相關(guān)物理量的測量極限。
http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/2020-06/12/content_955525.shtml