NIST：光学机械加速度计

图1 NIST研发的新型光学机械加速度计，使用光线即可测量加速度（NIST F. Zhou 供图）

高精度加速度计在现代科技社会中扮演着日益重要的角色，从火箭、汽车安全气囊、结构检测，都离不开加速度计。然而，制造和校准加速度计的技术，本身就对其分辨率和准确性存在一定限制。

如今，美国一所实验室的研究人员制造出了一种自校准的光学机械加速度计，由位于两片硅片之间的Fabry-Pérot微腔组成（文章见：Optica, doi: 10.1364/ Optica .413117）。该设备被装在一个几厘米高的钢制外壳内，与以往的光学机械加速度计相比，可在更宽的波长范围内实现高精度测量。

光学机械设计细节

美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究小组设计了该加速度计，他们把两个堆叠的硅片装在一个钢制外壳内，红外激光束通过保偏光纤入射到底部芯片中；底部芯片中含有一个微型半球形硅镜，镜面上镀有1/4波的周期性涂层；其曲率半径约为410微米。顶部芯片内有一个矩形的检测质量，通过氮化硅梁与硅芯片的其他部分分离。这种设计保证了检测质量可随对象加速度的变化自由上下移动。

检测质量上的镜面涂层与顶部芯片中半球形镜面上的镜面涂层组成了一个Fabry-Pérot腔。当入射激光等于Fabry-Pérot腔的谐振波长时，腔内逐渐建立起平衡，直到透射光的强度等于入射光的强度。在存在加速度的情况下，检验质量在垂直方向上移动，改变了腔长及腔的谐振频率，透射光的强度也随之改变。检测质量的运动方式与简单谐振子一致，因此通过测量激光波长，很容易从检测质量自身的位移计算出对象的加速度。

实际测量应用

NIST的科学家们制造了两个版本的加速度计，一种用于室温、气压条件下，另一种用于真空状态下使用。研究组仔细测量了两种情况下的位移本底噪声以及位移频谱密度。

研究人员预测，对该设备加以进一步改进，未来可将其应用于力、压力、重力和加速度测量。也许，下一代的光机械加速计将能够监测火山爆发，甚至用于探测宇宙中暗物质。