Chipschaal met hoge precisie metingen van fysieke grootheden zoals temperatuur, druk en brekingsindex zijn gemeengoed geworden met nanofotonica en nanoplasmonische resonantieholten. Als uitstekende transducers om kleine variaties in de lokale brekingsindex om te zetten in meetbare spectrale verschuivingen, resonantieholtes worden op grote schaal gebruikt in verschillende disciplines, variërend van bio-sensing en manometers tot atomaire en moleculaire spectroscopie. Microring- en microdiskresonatoren (MRR's) op chipschaal worden veel gebruikt voor deze doeleinden vanwege hun geminiaturiseerde grootte, relatief gemak van ontwerp en fabricage, hoge kwaliteitsfactor, en veelzijdigheid in de optimalisatie van hun overdrachtsfunctie.

Het werkingsprincipe van dergelijke resonerende sensoren is gebaseerd op het bewaken van de spectrumafhankelijkheid van de resonator, onderhevig aan minieme variaties in de omgeving (bijv. verschillende soorten atomen en moleculen, gassen, druk, temperatuur). Maar ondanks een aantal belangrijke prestaties, dergelijke optische sensoren zijn nog steeds beperkt in hun prestaties, en hun miniaturisatie is een grote uitdaging.

Nutsvoorzieningen, een team van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem heeft een on-chip sensor gedemonstreerd die ongekend kleine frequentieveranderingen kan detecteren. De aanpak bestaat uit twee gecascadeerde microringresonatoren, waarbij de ene dienst doet als detectieapparaat en de andere de rol van referentie speelt, waardoor omgevings- en systeemfluctuaties zoals temperatuur en laserfrequentie worden geëlimineerd.

"Hier demonstreren we een recordhoge detectieprecisie op een apparaat met een kleine footprint die kan worden geïntegreerd met standaard CMOS-technologie, de weg vrijmaken voor nog opwindendere metingen, zoals detectie van enkelvoudige deeltjes en uiterst nauwkeurige thermometrie op chipschaal, " zei prof. Uriel Levy, Directeur van het Harvey M. Krueger Family Center for Nanoscience and Nanotechnology aan de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem, en een faculteitslid bij de afdeling Toegepaste Natuurkunde in de Rachel and Selim Benin School of Computer Science and Engineering.

Tot de innovaties die deze ontwikkeling mogelijk hebben gemaakt, behoren chipschaalintegratie van referentiemeting, en een servolusvergrendelingsschema dat de gemeten effecten vertaalt van het optische domein naar het radiofrequentiedomein. Hierdoor konden de onderzoekers hun systeemcapaciteiten kwantificeren met behulp van gevestigde RF-technologieën, zoals frequentietellers, spectrumanalysatoren, en atoomnormen.