撰稿：由课题组供稿
近日，电子科技大学王曾晖和国防科技大学吴学忠、肖定邦团队合作，在一款国产MEMS传感器中深入探索了非线性状态下模态耦合带来的独特效应，并基于此成功实现了模拟传感信号的“自放大”与“数字化”，为进一步提升传感器性能提出了新的思路。文章在线发表于《自然通讯》。
微机电（MEMS）传感器技术近年来迅猛发展，被广泛应用于无人驾驶汽车、智能机器人、装备智能运维系统、国防安全等领域。随着现代社会生产生活和国防工业对MEMS传感器的需求日益提升：例如无人驾驶汽车自主导航需要高精度的MEMS陀螺和MEMS加速度计，轨道交通装备和风电装备的健康状况监测需要大带宽低噪声MEMS振动传感器，这些不断涌现的新应用对MEMS传感器的灵敏度等提出了极其严苛的要求。
针对这些挑战，论文作者们对国防科大开发的一款MEMS传感器核心谐振器部分进行了深入研究。该MEMS传感器目前已完成成果转化实现批量生产，并在多种国产设备中得到广泛应用，部分实现了对国外产品的国产替代。研究者们通过对MEMS传感器在非线性区域的精密测量，发现了一系列独特的模态耦合效应；进一步，研究者们提出运用谐振腔光力学(cavity optomechanics)的研究思路来分析这一谐振体系，揭示并阐明了其中独特的非线性模态耦合效应，进而提出了基于该效应的传感信号自放大(amplification)和数字化(digitization)原理，并实验验证了这些效应能够大幅提升MEMS传感器的性能。
图1 MEMS谐振器及不同模态的非线性响应。图片来源及版权：Nature Communications及论文作者
图2 MEMS谐振式传感器通过非线性模态耦合实现的信号自放大(amplification)和数字化(digitization)效应。图片来源及版权：Nature Communications及论文作者
这项研究成果对如何利用非线性效应和模态耦合进一步提升MEMS传感器的性能提供了新的思路和参考，对进一步发掘现有MEMS传感器的潜力，以及开发新型高精度高性能MEMS传感器都具有积极意义。
文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-29995-x
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