國(guó)外光力學(xué)加速度計(jì)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

劉驊鋒， 焦世民， 涂良成，3

(1.華中科技大學(xué)物理學(xué)院引力中心，武漢 430074；2.重力導(dǎo)航教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074；3.中山大學(xué)物理與天文學(xué)院天琴中心，珠海 519082)

0 引言

加速度計(jì)作為測(cè)量載體線性加速度的器件，在消費(fèi)電子、工業(yè)、國(guó)防、航空航天和資源勘探等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。目前，加速度計(jì)的類型主要有擺式積分陀螺加速度計(jì)、撓性擺式加速度計(jì)、石英振梁式加速度計(jì)、硅微機(jī)械加速度計(jì)、微光學(xué)加速度計(jì)、原子加速度計(jì)和光力學(xué)加速度計(jì)等，各類加速度計(jì)的技術(shù)成熟度和可能達(dá)到的精度如圖1所示。擺式積分陀螺加速度計(jì)的精度為10－8g～10－5g(量級(jí))，是技術(shù)成熟且精度最高的機(jī)械式加速度計(jì)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積及質(zhì)量大、成本高，目前應(yīng)用于遠(yuǎn)程戰(zhàn)略導(dǎo)彈和大型運(yùn)載火箭的慣性制導(dǎo)系統(tǒng)[1]。撓性擺式加速度計(jì)和石英振梁加速度計(jì)是目前主流的工程應(yīng)用加速度計(jì)，撓性擺式加速度計(jì)包括石英、金屬和硅基撓性加速度計(jì)，具有體積小和精度高的優(yōu)點(diǎn)，精度為10－6g～10－3g(量級(jí))，主要應(yīng)用于海陸空導(dǎo)航和戰(zhàn)術(shù)級(jí)至導(dǎo)航級(jí)導(dǎo)彈制導(dǎo)等領(lǐng)域；石英振梁加速度計(jì)抗環(huán)境噪聲能力較強(qiáng)，精度較石英撓性加速度計(jì)稍高，可應(yīng)用于導(dǎo)航級(jí)慣性系統(tǒng)[2]。微機(jī)電(Micro Electro Mechanical System，MEMS)加速度計(jì)具有體積小、成本低和集成化度高的優(yōu)點(diǎn)，按照傳感方式主要分為壓阻式、壓電式、電容式、熱對(duì)流式、諧振式和隧道電流式等。高精度的MEMS加速度計(jì)已有成熟產(chǎn)品的精度為10－4g～10－3g(量級(jí))，可基本滿足戰(zhàn)術(shù)級(jí)需求，已在國(guó)外武器系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。MEMS諧振式加速度計(jì)的精度已經(jīng)達(dá)到10－6g(量級(jí))，但還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段[3]。目前，成熟的加速度計(jì)產(chǎn)品精度從高到低依次是積分陀螺加速度計(jì)、石英振梁加速度計(jì)、撓性擺式加速度計(jì)和MEMS加速度計(jì)，已經(jīng)覆蓋了目前絕大部分的應(yīng)用場(chǎng)景。但是，歐美多國(guó)仍在大量投入研發(fā)具有更高精度潛力的下一代加速度計(jì)，主要是基于光學(xué)效應(yīng)、量子效應(yīng)(物質(zhì)波干涉)和光力耦合效應(yīng)等的新型高精度加速度計(jì)。

圖1 各類加速度計(jì)的技術(shù)成熟度和精度Fig.1 Technology readiness leveland accuracy of accelerometers with different types

隨著硅光集成技術(shù)的快速發(fā)展，融合光學(xué)效應(yīng)傳感和微加工技術(shù)的微光學(xué)加速度計(jì)(Micro Optical Electro Mechanical System，MOEMS)獲得了快速發(fā)展。與傳統(tǒng)加速度計(jì)相比，微光學(xué)加速度計(jì)具有體積小、精度高和抗電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)，主要分為微納光纖環(huán)式、亞波長(zhǎng)諧振式、光波導(dǎo)光強(qiáng)檢測(cè)式、微結(jié)構(gòu)光柵式和光纖F-P腔式等，有望用于中、高精度慣性導(dǎo)航領(lǐng)域[4]。原子干涉(量子)加速度計(jì)是利用物質(zhì)波干涉技術(shù)的新型慣性器件，利用激光冷卻操控原子分束、合束發(fā)生干涉，通過冷原子團(tuán)自由落體時(shí)間測(cè)量加速度。原子干涉加速度計(jì)具有超高的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，精度可以達(dá)到10－9g(量級(jí))[5]。近年來，有學(xué)者提出基于光力懸浮微球介質(zhì)的懸浮光力學(xué)加速度計(jì)和基于光場(chǎng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)相互耦合的腔光力學(xué)加速度計(jì)[6-7]。光力學(xué)加速度計(jì)具有前所未有的測(cè)量精度，可接近甚至突破標(biāo)準(zhǔn)量子極限，是與原子干涉加速度計(jì)精度相當(dāng)?shù)南乱淮呔燃铀俣扔?jì)，發(fā)展?jié)摿薮骩8]。本文將詳細(xì)介紹光力學(xué)加速度計(jì)的原理、特征及國(guó)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。

1 光力學(xué)加速度計(jì)

光力學(xué)加速度計(jì)因高極限精度、微型化和可集成的優(yōu)勢(shì)而被關(guān)注。但是，早期的光力學(xué)系統(tǒng)難于同時(shí)實(shí)現(xiàn)具有高光學(xué)精細(xì)度和高機(jī)械Q值的微腔結(jié)構(gòu)，從而限制了系統(tǒng)靈敏度。隨著光學(xué)微腔的快速發(fā)展和微納加工工藝的逐漸成熟，高品質(zhì)因數(shù)光學(xué)微腔與微機(jī)械振子的耦合得以實(shí)現(xiàn)。目前，光力學(xué)加速度計(jì)根據(jù)原理可分為光阱懸浮式和光學(xué)微腔式兩類[9]，下面進(jìn)行詳細(xì)地介紹。

1.1 光阱懸浮光力學(xué)加速度計(jì)

自1971年Ashkin等[10]實(shí)現(xiàn)了激光懸浮微米小球的光鑷技術(shù)以來，懸浮光力學(xué)被廣泛應(yīng)用在精密測(cè)量領(lǐng)域，尤其是對(duì)力、位移和加速度等基礎(chǔ)物理量的精密測(cè)量。光阱懸浮光力學(xué)加速度計(jì)的原理為：利用激光光束懸浮微粒介質(zhì)形成光阱，通過調(diào)節(jié)激光光功率反饋控制懸浮體使其處于平衡位置，從而實(shí)現(xiàn)加速度閉環(huán)測(cè)量。根據(jù)束縛微粒光束的數(shù)目，可以分為單光束光阱、雙光束光阱和多光束光阱。

2008年，美國(guó)麻省理工學(xué)院的Butts等[6]在真空腔中利用單光束激光懸浮10μm直徑的玻璃微球，其原理如圖2所示。懸浮光束用以懸浮微球，通過光電探測(cè)器收集微球散射的光從而實(shí)現(xiàn)微球位置測(cè)量，經(jīng)過閉環(huán)反饋控制微球的平衡狀態(tài)，初步實(shí)現(xiàn)了119μg／Hz1／2的加速度本底噪聲水平，但理論極限可小于100ng／Hz1／2。該方案的難點(diǎn)在于微球加工以及需要高真空環(huán)境、高穩(wěn)定性光源和高分辨率光電探測(cè)器等。2011年，該團(tuán)隊(duì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，使用雙光束懸浮系統(tǒng)，在一定程度上提高了加速度計(jì)的零偏穩(wěn)定性，但加速度噪聲水平并沒有降低，為500μg／Hz1／2[11]。

圖2 美國(guó)麻省理工學(xué)院的單光束光阱懸浮加速度計(jì)Fig.2 Single beam opticaltrap suspension accelerometer developed by MIT

2017年，美國(guó)耶魯大學(xué)的Monteiro等[12]報(bào)道了一款單光束光阱加速度計(jì)系統(tǒng)，其原理如圖3所示。該系統(tǒng)采用1064nm的激光懸浮微球，且懸浮位置可用懸浮光束的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，懸浮微球的位置變化通過額外加入的兩束532nm光束測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)XYZ三維的位移測(cè)量，最終對(duì)質(zhì)量為12ng的二氧化硅微球進(jìn)行懸浮，實(shí)現(xiàn)了0.4μg／Hz1／2的加速度噪聲水平，是目前噪聲最低的光懸浮加速度計(jì)。

圖3 美國(guó)耶魯大學(xué)的單光束光阱懸浮系統(tǒng)示意圖Fig.3 Schematic diagram of single beam opticaltrap suspension system developed by Yale University

2018年，美國(guó)斯坦福大學(xué)的Blakemore等[13]同樣使用了單光束懸浮系統(tǒng)，懸浮直徑4.8μm的二氧化硅微球，使用光學(xué)外差法測(cè)量微球的三維位置，最終噪聲水平為7.5μg／Hz1／2。

1.2 腔光力學(xué)加速度計(jì)

腔光力學(xué)加速度計(jì)的原理為：光場(chǎng)與機(jī)械振子之間動(dòng)量傳遞導(dǎo)致機(jī)械振子的位移與光場(chǎng)的諧振頻率相互耦合。光力耦合越強(qiáng)的系統(tǒng)，光場(chǎng)的諧振頻率對(duì)振子的位移越敏感，光力學(xué)耦合率由系統(tǒng)的相互作用Hamilton方程導(dǎo)出[14]。因此，在高精度加速度傳感應(yīng)用中，腔光力學(xué)系統(tǒng)一般需具備極小的模式體積和極高的品質(zhì)因數(shù)。前者表示微腔對(duì)光子在空間上的約束，保證大的光力學(xué)耦合率；后者是微腔對(duì)光子在時(shí)間上的約束，與機(jī)械振動(dòng)的傳感靈敏度成比例。腔光力學(xué)在傳感領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其一是腔內(nèi)光子能量非常高，其熱效應(yīng)可以忽略不計(jì)；其二是現(xiàn)有的激光器噪聲很低，低至量子噪聲極限[15]。

典型的腔光力學(xué)系統(tǒng)如圖4(a)所示，在加速度傳感中，機(jī)械振子運(yùn)動(dòng)引起的相位波動(dòng)與腔內(nèi)光場(chǎng)的強(qiáng)度波動(dòng)線性耦合的條件是激光頻率與腔共振頻率失諧匹配，而這種失諧在不同條件下會(huì)產(chǎn)生兩種有趣的現(xiàn)象，即動(dòng)態(tài)反作用和光學(xué)彈簧效應(yīng)[15-17]，如圖4(b)所示。光力學(xué)加速度傳感系統(tǒng)采用紅失諧鎖定方案，即激光波長(zhǎng)紅失諧腔共振波長(zhǎng)，此情況下，動(dòng)態(tài)反作用使腔內(nèi)輻射壓冷卻機(jī)械振子從而降低布朗運(yùn)動(dòng)；光學(xué)彈簧效應(yīng)使彈簧剛度降低，從而降低彈簧-振子系統(tǒng)本征頻率[7]。因此，在腔光力學(xué)加速度計(jì)中，光力學(xué)現(xiàn)象能夠有效降低機(jī)械熱噪聲。

圖4 典型腔光力學(xué)系統(tǒng)作用原理圖和光力學(xué)現(xiàn)象Fig.4 Working principle and phenomenon of a typical cavity optomechanicalsystem

根據(jù)微腔的不同，基于腔光力學(xué)原理的加速度計(jì)可以分為光子晶體(Photonic Crystal，PC)腔、回音壁模式(Whispering Gallery-Mode，WGM)腔和法布里-珀羅(Fabry-Perot，F(xiàn)P)腔三種類型的腔光力學(xué)加速度計(jì)，下面進(jìn)行分別介紹。

(1)光子晶體腔光力學(xué)加速度計(jì)

光子晶體是人為構(gòu)建的周期性排列的不同折射率的介質(zhì)結(jié)構(gòu)，對(duì)特定波長(zhǎng)的光子起到禁帶作用，使其不能在介質(zhì)中傳播，當(dāng)介質(zhì)的周期性出現(xiàn)一些缺陷時(shí)，形成一些局域的電磁場(chǎng)模式[18]。

2012年，美國(guó)加州理工學(xué)院的Painter等[7]首次報(bào)道了一款腔光力學(xué)加速度計(jì)，其利用圖5(a)所示的“拉鏈?zhǔn)健惫庾泳w對(duì)光極高的限制能力使得光學(xué)共振頻率對(duì)振子的機(jī)械運(yùn)動(dòng)非常靈敏，在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)量子極限的位移探測(cè)。作為一款加速度計(jì)，當(dāng)質(zhì)量塊感受到外界加速度變化時(shí)，光子晶體拉鏈腔的間隔會(huì)改變，從而導(dǎo)致微腔內(nèi)光場(chǎng)的諧振頻率發(fā)生變化，最終改變了透射光的強(qiáng)度。在圖5(b)所示的測(cè)試系統(tǒng)中，初步實(shí)現(xiàn)了10μg／Hz1／2加速度噪聲水平，帶寬優(yōu)于20kHz，動(dòng)態(tài)范圍優(yōu)于40dB。2020年，美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校的Wong等[19]采用相似的光子晶體結(jié)構(gòu)，利用腔光力學(xué)光學(xué)彈簧效應(yīng)進(jìn)行傳感，原理同圖4(b)所示，把機(jī)械振子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的共振波長(zhǎng)的變化轉(zhuǎn)化為機(jī)械本征頻率的變化，其優(yōu)點(diǎn)是提高了信噪比和分辨率，實(shí)驗(yàn)測(cè)量的加速度噪聲為8.2μg／Hz1／2。

圖5 光子晶體微腔和光子晶體加速度計(jì)測(cè)試系統(tǒng)Fig.5 Structure and system of photonic crystalcavity optomechanicalaccelerometer

(2)回音壁微腔光力學(xué)加速度計(jì)

回音壁模式(WGM)微腔的原理為：短波長(zhǎng)的光子在回音壁微腔內(nèi)表面通過全反射沿著微腔壁傳播，當(dāng)回音壁微腔的周長(zhǎng)等于光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，形成穩(wěn)定的諧振。傳感原理是利用微腔外部或內(nèi)部的某種特性變化，相應(yīng)地改變共振頻率的線寬、強(qiáng)度和大小。內(nèi)部特性傳感主要是改變光程，如改變腔的形狀或腔內(nèi)的折射率進(jìn)行傳感。最簡(jiǎn)單的是改變微腔與波導(dǎo)之間的耦合間隙作為傳感機(jī)制，即回音壁微腔光力學(xué)加速度計(jì)的傳感方式[20]。

回音壁模式微腔主要分為微球腔、微盤腔和微芯環(huán)腔三類，如圖6所示。此外，還有微環(huán)腔、微管腔等。回音壁模式微腔對(duì)品質(zhì)因數(shù)要求極高，微球腔尺寸一般在微米(μm)量級(jí)以上，其Q值在105(量級(jí))；微盤腔尺寸一般在幾到幾十微米量級(jí)，Q值在106(量級(jí))；微芯環(huán)腔是在微盤腔的基礎(chǔ)上用激光回流工藝加工，Q值在108～109(量級(jí))[21]。超高的Q值使這些光學(xué)回音壁模式微腔具有超高的光學(xué)精細(xì)度，有望實(shí)現(xiàn)高精度加速度測(cè)量。

圖6 三種回音壁模式微腔結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Structure diagram of WGM microcavity in three kinds

微球腔制作簡(jiǎn)單，易于集成，國(guó)外研究起步較早。2001年，美國(guó)麻省理工學(xué)院的Laine等[20]發(fā)表了關(guān)于微球腔加速度傳感的研究，利用回音壁微球腔與光波導(dǎo)之間的耦合間隙變化作為傳感機(jī)理，原理如圖7(a)所示。懸臂梁結(jié)構(gòu)的微球腔同時(shí)作為光學(xué)諧振腔和慣性質(zhì)量塊，懸臂梁對(duì)加速度作出響應(yīng)，改變光波導(dǎo)與微球腔的倏逝場(chǎng)耦合距離，最終通過檢測(cè)輸出光場(chǎng)得到所測(cè)加速度。實(shí)驗(yàn)上測(cè)得的噪聲本底為100μg／Hz1／2，精度優(yōu)于1mg。2018年，倫敦大學(xué)學(xué)院的Li等[22]研制了一款基于回音壁微球腔的光力學(xué)加速度計(jì)，微球腔與錐形光纖的耦合及實(shí)驗(yàn)原理如圖7(b)所示。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，微球腔光力學(xué)加速度計(jì)的噪聲本底為4.5μg／Hz1／2，零偏不穩(wěn)定性為31.8μg。

圖7 美國(guó)麻省理工學(xué)院和倫敦大學(xué)學(xué)院的微球腔光力學(xué)加速度計(jì)Fig.7 Microsphere optomechanicalaccelerometers developed by MIT and UCL

微盤腔品質(zhì)因數(shù)較微球腔高，但是其微盤邊緣加工難度較高。2018年，法國(guó)格勒諾布爾大學(xué)的Hentz等[23]采用MEMS工藝制作大尺度集成光力學(xué)硅微盤腔，如圖8所示。其具有最高水準(zhǔn)的光學(xué)Q值和光力學(xué)耦合率，微盤腔布朗運(yùn)動(dòng)噪聲達(dá)到10－17m／Hz1／2，有望用于高精度光力學(xué)慣性傳感器。

圖8 法國(guó)格勒諾布爾大學(xué)的微盤腔光力學(xué)系統(tǒng)原理圖Fig.8 Schematic diagram of micro-disc cavity optomechanicalsystem developed by UGA

微芯環(huán)腔是在微盤腔的基礎(chǔ)上用激光熱回流燒制得到的，其光學(xué)和力學(xué)品質(zhì)因數(shù)都極高。2009年，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的Kippenberg等[24]設(shè)計(jì)了一種特殊的結(jié)構(gòu)，如圖9所示，納米弦機(jī)械振子與環(huán)形光學(xué)微腔通過倐逝場(chǎng)耦合。這種特殊結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是把光學(xué)模式和力學(xué)模式完全分離開來，同時(shí)保持較高的光學(xué)Q值和較高的機(jī)械Q值，避免給光學(xué)微腔引入損耗。此外，納米機(jī)械振子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)呈多樣性。該組使用了納米弦作為機(jī)械振子，對(duì)納米機(jī)械的布朗運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于10－15m／Hz1／2位移測(cè)量噪聲，測(cè)量不確定度第一次達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)量子極限。此外，實(shí)驗(yàn)中也觀察到了輻射壓動(dòng)態(tài)反作用。

圖9 微芯環(huán)腔光力學(xué)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)原理圖Fig.9 Experiment schematic diagram of microtoroid cavity optomechanicalsystem

回音壁模式微腔因其較高的Q值和較小的模式體積，只需輸入較小功率就可以產(chǎn)生較強(qiáng)的光力相互作用，其輸出光譜具有很高的精細(xì)度，因此非常適用于微機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳感。作為位移傳感器，其具有很高的靈敏度，有望應(yīng)用于高精度光力學(xué)慣性傳感器。

(3)法布里-珀羅腔光力學(xué)加速度計(jì)

法布里-珀羅(F-P)腔光力學(xué)加速度計(jì)是一種模型簡(jiǎn)單且具有高光學(xué)精細(xì)度的加速度計(jì)，其利用一個(gè)固定微鏡和一個(gè)可移動(dòng)微鏡(慣性質(zhì)量塊)把光限制在腔內(nèi)來進(jìn)行傳感，其難點(diǎn)在于兩個(gè)微鏡的集成和微鏡的高反射率，優(yōu)勢(shì)是可以獨(dú)立的優(yōu)化光學(xué)部分和力學(xué)部分。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)的Gorman和LeBrun研究團(tuán)隊(duì)[25]2015年提出利用MEMS工藝來制作一種平凹F-P腔光力學(xué)加速度計(jì)，如圖10(a)所示。2016年，該團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了高精細(xì)度平凹腔光力學(xué)加速度計(jì)[26]，其利用激光頻率與微腔諧振頻率鎖定技術(shù)來測(cè)量微腔位移。2019年，該團(tuán)隊(duì)對(duì)片上集成高精細(xì)度光力學(xué)加速度計(jì)進(jìn)行測(cè)試[27]，實(shí)驗(yàn)測(cè)得位移噪聲為0.4×10－15m／Hz1／2，等效加速度噪聲為200ng／Hz1／2，實(shí)驗(yàn)原理如圖10(b)所示。2020年，該團(tuán)隊(duì)的最新研究報(bào)道[28]已將加速度噪聲降低到32ng／Hz1／2，并具有6.8kHz的帶寬。

圖10 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的平凹腔光力學(xué)加速度計(jì)和測(cè)試系統(tǒng)Fig.10 Structure and system of the plano-concave cavity optomechanicalaccelerometer developed by NIST

2 研究現(xiàn)狀總結(jié)與發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)外基于光力學(xué)原理的微球腔式加速度計(jì)最早于2001年問世，經(jīng)過各研究機(jī)構(gòu)的努力，至2020年光力學(xué)加速度計(jì)的加速度測(cè)量噪聲已經(jīng)從100μg／Hz1／2提升到32ng／Hz1／2，有接近4個(gè)數(shù)量級(jí)的提升。但是，目前光力學(xué)加速度計(jì)的研究主要處于原理驗(yàn)證階段，各研究團(tuán)隊(duì)很少報(bào)道光力學(xué)加速度計(jì)的精度指標(biāo)。表1總結(jié)了目前國(guó)外主要的光力學(xué)加速度計(jì)研究機(jī)構(gòu)的工作和加速度噪聲水平[6-7，12-13，20，22，27-30]。

表1 國(guó)外光力學(xué)加速度計(jì)研究現(xiàn)狀Table 1 Research status of the optomechanicalaccelerometer abroad

基于光阱懸浮原理的光力學(xué)加速度計(jì)噪聲最低為400ng／Hz1／2。光阱懸浮加速度計(jì)的基礎(chǔ)為光鑷技術(shù)，其理論研究較為成熟，但是難點(diǎn)在于規(guī)則懸浮球體的加工和多自由度懸浮控制，此外還要考慮微球?qū)獾奈諏?dǎo)致的溫度變化。光阱懸浮加速度計(jì)的振子頻率多在幾赫茲到幾十赫茲，具有良好的低頻響應(yīng)特性，其應(yīng)用趨于兩個(gè)方向：一是超高精度、大系統(tǒng)，可用于空間加速度測(cè)量、微震和重力測(cè)量等低頻領(lǐng)域；二是小型化、高精度，可用于長(zhǎng)航時(shí)慣性導(dǎo)航。

目前，國(guó)外有更多的研究團(tuán)隊(duì)致力于腔光力學(xué)加速度計(jì)的研究，主要采用的原理為光子晶體、微球腔和F-P腔，加速度噪聲達(dá)到一定水平(ng／Hz1／2～μg／Hz1／2)，測(cè)量帶寬在103Hz(量級(jí))，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的研究成果目前處于領(lǐng)先地位。腔光力學(xué)加速度計(jì)因可采用微納工藝加工和真空電子封裝，系統(tǒng)可比光阱懸浮加速度計(jì)體積更小，且根據(jù)腔的不同具有設(shè)計(jì)方案的多樣性特點(diǎn)。但是，為了獲得高Q值光學(xué)諧振腔，其對(duì)微結(jié)構(gòu)的加工質(zhì)量(粗糙度、鍍膜均勻性等)和組裝精度要求較高，且振子本征頻率在103Hz(量級(jí))，低頻響應(yīng)較差，適用于高動(dòng)態(tài)環(huán)境的振動(dòng)測(cè)量。

腔光力學(xué)系統(tǒng)通過機(jī)械諧振器與光場(chǎng)耦合，把機(jī)械諧振器位移耦合到微腔的諧振頻率中，高精細(xì)度的微腔對(duì)機(jī)械諧振器的位移具有極高的位移探測(cè)靈敏度，測(cè)量不精確度突破標(biāo)準(zhǔn)量子的測(cè)量極限。腔光力學(xué)加速度計(jì)精度有望遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)加速度計(jì)，可與原子加速度計(jì)媲美，且其采用微納加工工藝，系統(tǒng)易于微型化，系統(tǒng)體積有望遠(yuǎn)小于原子加速度計(jì)。光阱懸浮光力學(xué)系統(tǒng)、光子晶體腔光力學(xué)系統(tǒng)以及F-P腔光力學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較低噪聲的加速度測(cè)量，是未來極具前景的極高精度光力學(xué)加速度計(jì)方案。基于微芯環(huán)腔的腔光力學(xué)系統(tǒng)雖未有實(shí)現(xiàn)加速度測(cè)量的報(bào)道，但其位移測(cè)量噪聲為10－19m／Hz1／2，非常有潛力用于實(shí)現(xiàn)高精度的腔光力學(xué)加速度計(jì)。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)已有多個(gè)光力學(xué)系統(tǒng)的研究團(tuán)隊(duì)，在理論研究和單分子檢測(cè)及濃度測(cè)量等方面取得了不錯(cuò)的進(jìn)展，為我國(guó)光力學(xué)系統(tǒng)在慣性傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用和大力發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。國(guó)防科技大學(xué)、浙江大學(xué)、中北大學(xué)等單位已經(jīng)在開展基于光力學(xué)系統(tǒng)的慣性傳感器的研究，相信在大家的共同努力下，在不久的未來定會(huì)取得突破性進(jìn)展。