微透镜光纤干涉仪探测微米线机械振子振动模式的新方案

　　中科院强磁场科学中心薛飞研究团队提出利用微透镜光纤干涉仪探测微米线机械振子振动模式的新方案。相关成果分别以Measuring the orientation of the flexural vibrations of a cantilevered microwire with a micro-lens fiber-optic interferometer和Determining the orientation of the flexural modes of a thermally driven microwire cantilever为题发表于《应用物理快报》(Applied Physics Letters)和《应用物理杂志》(Journal of Applied Physics)。

　　机械振子(Mechanical Resonator) 是具有特定共振频率的机械结构，在自然界中的普遍存在，小到分子尺度，大到星系宇宙，都能找到它的身影。在日常生活中，机械振子也已广泛应用于建筑，钟表，乐器，生物等领域。随着微纳加工技术的进步，机械振子的尺寸变得越来越小，在很大程度上带动了原子力显微镜、分子马达等相关领域的蓬勃发展。近年来，以悬臂梁式微米线和纳米线为代表的机械振子被用来实现对微小物理量（如质量，力，温度梯度等）的灵敏探测。有研究指出，对悬臂梁振动模式的分辨有助于进一步提高探测的灵敏度，因此对于机械振子振动模式的探测成为了重要课题。

　　有限元模拟分析可以给出振动模式的理论描述，实验的表征手段主要是激光多普勒振动仪。由于只能测到平行于入射光的振动，该方案需要假设两振动模式近简并且相互垂直。最新的研究表明这个假设并不总是成立的，因此对于单个振动模式的独立标定才是有意义的。已有报道利用四象限探测仪直接对单个振动模式进行测量，但该设计装置复杂，光路调节要求高，并且由于采用自由光路，不适合应用于极低温和强磁场等极端环境。强磁场中心提出的探测悬臂梁微米线振动模式的新方案，是使用自建的微透镜光纤干涉仪，结合激光与微米线相互作用的散射效应和干涉效应，实现了对微米线多个振动模式的独立实验直接标定，不需对其振动模式引入任何先验的假设。

　　这一研究结果可以将基于微米线机械振子的灵敏质量探测和基于微纳机械振子的矢量力矩磁探测等应用拓展到极低温和强磁场等极端环境条件。