高分解能のマイクロチップオプトメカニカル加速度計

加速度の測定は、慣性航法から家庭用電化製品に及ぶさまざまな応用において不可欠である。典型的な加速度計の動作には、フレキシブルに据え付けられた試験質量の高感度な変位測定が必要であり、この測定は、静電容量法、圧電法、トンネル電流法、光学法によって実現できる。光学的検出によって、優れた変位分解能、電磁干渉に対する回復力、長距離の読み出しが得られるが、現在の光学式加速度計はチップスケールの集積ができないか、あるいは低帯域幅の比較的大きな試験質量しか利用できない。今回我々は、ナノテザーに付けられた機械的Q値の高い試験質量とモノリシックに集積したフォトニック結晶ナノ共振器を用いる、超高感度の変位読み出しを利用したオプトメカニカル加速度計を実証している。このデバイスは、サブミリワットの光出力で10μgHz^-1/2の加速度分解能を実現し、20 kHzより広い帯域幅と40 dBより大きいダイナミックレンジを持つ。さらに、ここで用いたナノグラムの試験質量によって強いオプトメカニカルな反作用が可能になるため、新しい種類の運動センサーの基盤が整った。