近日，亚利桑那大学的研究团队发表了一项创新研究，宣布他们成功研发出一种基于膜结构的聚焦超镜（focusing membrane metamirror）。这种新型聚焦超镜可以极大地提升光机械系统的集成度，有望在精密力传感器及混合量子传输等应用中发挥关键作用。该研究以“Focusing membrane metamirrors for integrated cavity optomechanics”为题，发表在《Optica》杂志上。
该研究的核心是通过在氮化硅（Si3N4）膜上进行非周期光子晶体图案的设计与制造，成功实现了一种具有有限焦距的悬浮超镜。这种超镜能够形成一个稳定的光腔，反射率高达99%，并且腔体精细度可达到600。此外，通过对光腔模式光谱的分析，推算出超镜的曲率半径约为30厘米。与声子工程相结合，这种聚焦膜元镜为高协作的垂直集成光腔光机械系统提供了新途径，特别是在精密力传感和量子实验中具有重要应用潜力。
图1：聚焦超镜示意图。
研究团队详细展示了这种超镜的仿真、制造及表征过程。他们通过自由空间和光腔测量验证了这种超镜的性能，证明其反射率可达99%，腔体精细度也达到了较高水平。特别是在量子实验领域，这种超镜展现出了在芯片规模的量子转换器件中的应用前景，有望推动光机械系统在精密传感、混合量子系统等方面的发展。
该研究还探讨了未来的改进方向，如进一步优化光子晶体设计，以减少离散化效应，并考虑应力松弛对元镜焦距的影响。研究团队期望通过这些改进，实现高协作、垂直集成的光机械系统，并将其应用于从惯性传感到量子分布式传感等多种前沿领域。
论文链接：
https://doi.org/10.1364/OPTICA.522509
