罗彻斯特大学
光学助理教授海梅·卡德尼亚斯和博士生·宋(第一作者)开发的1毫米乘1毫米的集成光子芯片将使干涉仪——以及精密光学——更加强大
潜在的应用包括更灵敏的设备，用于测量镜子上的微小缺陷，或者大气中污染物的扩散，最终还有量子应用
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亚当·芬斯特 通过合并两个或两个以上的光源，干涉仪产生的干涉图案可以提供关于它们所照亮的一切事物的非常详细的信息，从镜子上的一个微小缺陷，到大气中污染物的扩散，再到宇宙远处的引力图案
罗彻斯特大学光学助理教授海梅·卡德尼亚斯说:“如果你想以非常高的精度测量某物，你几乎总是使用光学干涉仪，因为光可以成为非常精确的尺子。”
现在，卡德尼亚斯实验室已经创造了一种方法，使这些光学设备更加有用和灵敏
宋，博士
D
学生首次将放大干涉信号的实验方法封装在1毫米乘1毫米的集成光子芯片上，而不会相应增加外来的、不需要的输入或“噪声”
《自然通讯》中描述的这一突破是基于波导的弱值放大理论，该理论是由罗切斯特大学物理学教授安德鲁·乔丹和他实验室的学生开发的
乔丹和他的团队已经研究弱价值放大超过十年了
他们在具有弱值放大的自由空间干涉仪上以一种新颖的方式应用了模式分析，从而弥合了自由空间和波导弱值放大之间的差距
因此，他们能够证明在光子芯片上集成弱值放大的理论可行性
“基本上，你可以把弱值放大技术想象成免费给你放大
因为你牺牲了能量，所以它并不完全免费，但它几乎是免费的，因为你可以在不增加噪音的情况下放大信号——这是一个非常大的问题，”卡德尼亚斯说
卡德尼亚斯说:“传统的干涉测量法(左)需要精心设置的镜子和激光系统，所有这些都是非常费力和仔细对准的。”
宋“把这一切提炼出来，放进光子芯片里
“芯片只需要一台显微镜(右)
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亚当·芬斯特 弱值放大基于光的量子力学，基本上只涉及将包含所需信息的特定光子导向探测器
卡德尼亚斯说，这个概念以前已经被证明过，“但它总是在实验室里有一个大的装置，有一张桌子、一堆镜子和激光系统，所有这些都是非常费力和仔细对准的。”
卡德尼亚斯说:“梅婷把所有这些都提炼出来，放入光子芯片中。”
“通过将干涉仪安装在芯片上，你可以把它放在火箭或直升机上，放在你的手机里——无论你想放在哪里——它永远不会错位
" 宋创造的装置看起来不像传统的干涉仪
宋的设备不是使用一组倾斜的镜子来弯曲光线并产生干涉图案，而是包括一个波导，该波导被设计成通过芯片传播光场的波前
“这是这篇论文的创新之一，”卡德尼亚斯说
“还没有人真正讨论过光子芯片上的波前工程
" 使用传统的干涉仪，通过简单地提高激光功率，可以提高信噪比，产生更有意义的输入
但卡德尼亚斯说，这实际上是有限制的，因为传统的干涉仪检测器在达到饱和之前只能处理这么多激光功率，此时信噪比无法提高
詹姆·卡德尼亚斯(左)和梅婷·宋在罗彻斯特光学研究所的卡德尼亚斯实验室
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亚当·芬斯特 宋的设备消除了这一限制，通过在检测器上用更少的光达到相同的干涉仪信号，这为通过继续增加激光功率来提高信噪比留下了空间
一句话:“如果梅婷的弱值设备和传统干涉仪中的检测器达到相同的功率，梅婷的设备将总是有更好的信噪比，”卡德尼亚斯说
“这项工作真的很酷，真的很微妙，背景中有很多非常好的物理和工程
" 接下来的步骤将包括利用压缩或纠缠光子使该设备适应相干通信和量子应用，从而启用量子陀螺仪等设备
其他合作者包括卡德尼亚斯实验室的张懿和朱尼亚利·瑙里亚尔，物理和天文学系的约翰·斯坦梅茨，以及霍普利特人工智能公司的凯文·莱翁丝
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