英学者研发可批量制造量子极限下集成光子传感器

6/10/2022，光纤在线讯，Photonics报道，英国Bristol大学一个研究团队开发出一种可以在量子极限上批量制造光子传感器的技术。这一研究工作为诸多实际应用，包括温室气体排放检测和癌症检测铺平了道路。

逼近量子极限可以大大扩展传感技术所能实现的功能和性能。相比传统手段，光的量子态可以实现更精确的吸收估计，然而要想实现高精度，高可靠，高速传感，还有许多障碍需要克服。现有大部分的量子传感机制依赖于特殊的光子纠缠或者压缩态，难以实现和监测。

Bristol、Bath和Warwick大学这批研究者实现了无需复杂的光量子态和检测机制就可以实现对重要物理特性的高精度的测量。他们的关键技术在于使用环状谐振腔——很小的跑道状的结构实现光在环中传输，从而提高光和探测样品接触的机会。而且这一环状谐振腔可以采用标准工业手段进行批量制造。

   采用商用流片工艺制造的基于微环谐振腔结构的光子集成传感芯片
该项研究的第一作者，Bristol大学博士研究生Alex Belsey表示：“我们向着量子力学设置的探测极限下的集成光子传感器的实现更进了一步。”

他们的研究通过探索干涉和谐振增强效应揭示，在环状谐振腔中的相干态的探针表现超过任何单遍传输的量子探针，即便在通过平均输入光子数归一化的情况下。研究还指出，在最佳条件下，相干态的探针其作用等效于环状谐振腔下任意明亮的，纯净的单模挤压态探针。

这种传感技术可以实现对吸收和折射率变化的检测，可以用来对众多材料和生化样品进行探测，从环保监测到疾病检测无所不能。

共同作者，Bristol大学副教授Jonathan Matthews表示，“我们对这一研究成果所展现的机会非常兴奋。我们现在知道了如何用批量制造办法实现芯片级的量子极限下的光子探测器。”

这一研究成果发表在物理评论快报(www.doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.230501)