NIST 引入频闪光增强 5G 谐振器测试
每部手机内都有一颗微型机械心脏，每秒跳动数十亿次。这些微机电谐振器在手机通信中扮演关键角色。在电波喧嚣中，它们精选正确频率收发移动设备间信号。随着谐振器重要性日增，科学家需要可靠高效方法确保其正常工作。最佳途径是仔细研究谐振器产生的声波。
美国国家标准与技术研究院（NIST）研究人员现开发出仪器，可在宽频段成像这些声波，生成前所未有细节的“影片”。他们测量高达 12 GHz（十亿次/秒）声振动，并可能延伸至 25 GHz，为 5G 通信及未来量子信息应用提供所需频带覆盖。随 5G 网络主导无线通信，产生更微小声波，测量挑战将加剧。
新 NIST 仪器依靠光学干涉仪捕捉声波动态。该干涉仪照明源通常为稳态激光束，此处改为每秒脉冲 5000 万次的激光，显著慢于被测振动。
激光干涉仪比较走不同路径的两束激光脉冲。一束经显微镜聚焦到振动微机电谐振器并反射回。另一束作参考，路径持续调整使其长度与第一束距离相差在 1 微米（百万分之一米）内。两脉冲相遇时，光波重叠产生干涉条纹——明暗条纹对应波抵消或增强。后续激光脉冲进入干涉仪，随微谐振器上下振动干涉图案变化。从条纹变化模式，研究者可测量激光光斑位置处振动高度（振幅）和相位。
NIST 研究员 Jason Gorman 及同事刻意选择参考激光脉冲频率比微机电谐振器振动频率慢 20 至 250 倍。此策略使照亮谐振器的激光脉冲实际上减慢声振动，类似频闪灯让夜店舞者显得变慢。减慢将 GHz 频率声振动转换为 MHz（百万次/秒），关键在于光探测器在低频下精度更高、噪声更低。
“降至低频消除微波频段典型通信信号干扰，允许使用电噪声更低的光探测器，”Gorman 说。
每脉冲仅 120 飞秒（千万亿分之一秒），提供极高精度瞬时振动信息。激光扫描微谐振器全表面，在宽微波频段采样振动振幅和相位，生成高分辨率图像。结合多次测量平均，研究者可创建微谐振器振动模式三维影片。研究用两类微谐振器：一尺寸 12x65 微米，另一 75 微米见方——约发丝宽度。
影像和影片不仅能揭示微机电谐振器是否按预期工作，还能指示问题区域，如声能泄漏处。泄漏降低谐振器效率，导致量子声学系统信息丢失。定位问题区域为改进谐振器设计提供信息。
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