腔光力分子传感中的噪声受限灵敏度:基于量子零点位移耦合与强光子-声子相互作用的手性检测
该研究提出了一种基于多层混合等离激元-力学谐振器的量子极限光机械传感平台,用于实现手性分子的实时检测与区分。通过利用量子零点运动与工程化的光子-声子相互作用,该系统实现了逼近基本量子极限的超高位移灵敏度。这种由交替介电层和金属薄膜构成的多层结构,可在兆赫频率范围内支持品质因数约达一万的机械共振。这些共振通过辐射压和动态反作用对光场进行相干调制。功率谱密度测量显示在0.68、2.9、4.3、5.5和6.8 MHz处存在显著机械峰,其光机械耦合强度超过固有基线两倍以上,实现了高效信号转导。洛伦兹拟合证实了尖锐的机械线宽存在,且包含热噪声、散粒噪声和技术噪声的总力噪声仍低于检测亚皮牛顿力所需的阈值。传统上对手性不敏感的时间分辨拉曼光谱,在此揭示了源于非对称光机械相互作用的对映选择性动力学,从而实现对D型和L型对映体的清晰光谱区分。有限元模拟验证了光场约束与机械位移模式之间的强空间重叠。该平台为量子极限高灵敏度手性分子检测提供了可扩展且可调谐的方案,适用于相干控制、精密光谱学和化学传感等领域。
