用光测量微小力

光子是奇怪的：他们没有质量，但他们确实有动力。这使得研究人员能够用光子做不合常理的事情，比如用光把周围的物质。

近日，一组化学家Gordon Shaw在NIST的物理测量实验室的科学家（PML）已利用这一特性来开发设备，可以测量微小的力量，一个地区传统缺医少药的计量界。

“对于这些小部队有很少的参考资料，”Shaw说。“这是一种尝试，并获得这些。”

当Shaw说“小”的时候，他意味着小的。官方的部队单位是牛顿。一个牛顿相当于一个普通大小的苹果的重量。实验组正在研究可以测量从micronewtons一牛顿–极小一部分部队（10 – 6，百万分之一牛顿）一直到15 femtonewtons（10 -牛顿十亿分之一百万15，），在水平的原子相互作用。一个皮牛顿（10 – 12）”将一个DNA分子，”Shaw说。

PML的团队目前正在开发两种类型的测力装置，使用激光来可靠地创建小的力量。首先是一个芯片大小的传感器，可以使用微到毫瓦功率的光。二是桌面的装置设计为1瓦的激光，但它有可能被开发的功率几十千瓦的光。

最终的商业用途可能包括传感器，使用激光作为一个内置的参考，让科学家们确保他们的设备真的是正确的测量力。但潜在的应用超越的力量，变成了廉价的便携式现场平衡附近一毫克或更少的群众即时测量，和紧凑的激光功率计实时测量的。

芯片大小的平衡

由团队开发的两种力表的较小的是由石英玻璃制成的一个芯片大小的传感器。它由一个小悬臂组成，一个微型潜水板，长度不超过1厘米。力越大，悬臂移动越大。一个内置的干涉仪作为一个运动传感器。（用于演示，见上面的动画。）

芯片尺寸的小力传感器

PML的研究员Gordon Shaw控股的芯片原型大小的小力计。悬臂是在玻璃圆筒的中心的两个矩形的交叉点附近。

身体上推的跳水板是一个方法来应用一个力测量。但研究人员还需要测量他们的传感器的灵敏度。测量灵敏度的最佳方法是将一个著名的力施加到悬臂上，看看干涉仪是如何解释它的。

为了操纵悬臂与光，他们适合它与一个高反射性，黄金涂层的表面，可以反射光从光纤上的光。当这个光照射到金表面时，它将它的动量转移到悬臂，开始振动。

“如果你想到一个调音叉，你可以打它，它会在一个特定的频率或特定的音调。“这也同样的事情，”Shaw解释说。

他们发现，如果你反射激光表面的激光，有一个相对简单的方法来计算什么力应基于激光功率。功率越高，产生的光子越多，产生的力也就越大。

此外，由于悬臂的谐振频率的变化几乎瞬间，如果一个质量被放置在它，该机制也可以被用来作为一个非常敏感的平衡，特别是对那些是非常有价值的或危险的。例如，珠宝商可以使用它作为一个更便宜的替代衡量和定价的宝石。它甚至可以作为一个领域的便携式，一次性工具，用于测量有害物质的样品。

在这个设计上的变化也可以用来提高原子力显微镜*校准甚至测量激光功率。与目前的“黄金标准”的测量激光功率的方法，一个低温辐射计，一个基于芯片的激光功率计，这样可以在室温下使用，并在实时。

“大多数激光功率表工作通过吸收光。光照到激光功率计后，它就不见了，“Shaw说。“有了这样的一种方法，它反映了，你仍然可以使用它。”