Оптический гироскоп на чипе стал в 2000 раз чувствительнее к скорости вращения

6 часов назад 3

Гироскопам обычно трудно точно оценить медленную скорость вращения. Инженеры разработали оптический гироскоп на чипе, способный измерять угловую скорость вращения всего в 37 градусов в час — чувствительность возросла почти в 2000 раз по сравнению с более ранней конструкцией. В перспективе технология может способствовать созданию компактных навигационных систем для самолетов, автомобилей и космических аппаратов, работающих там, где GPS-сигналы недоступны или искажены.

Самые интересные технологические и научные новости выходят в нашем телеграм-канале Хайтек+. Подпишитесь, чтобы быть в курсе.

Команда инженеров из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Калифорнийского технологического института объединила две уже созданные ранее технологии: бриллюэновский лазерный гироскоп и малошумящий лазер на чипе. Внутри устройства два полупроводниковых лазера направляют свет в противоположные стороны вдоль кольцевого контура. Взаимодействие света с колебаниями в материале порождает два стабильных лазерных сигнала. Когда устройство вращается, частоты этих сигналов слегка смещаются друг относительно друга, и измерение этой разницы позволяет гироскопу определить скорость вращения.

Способность кольца удерживать свет играет центральную роль в его чувствительности: добротность резонатора (показатель того, насколько эффективно он запасает свет) превышает 163 миллиона. Это позволяет выделить узкую полосу шириной 2 МГц из оптического сигнала с частотой около 200 ТГц. Фотоны остаются внутри резонатора почти 100 наносекунд, что дает свету возможность многократно циркулировать. Увеличенное кольцо также повышает чувствительность, так как оптические гироскопы способны фиксировать более слабые вращения, если свет охватывает большую площадь.

«Наш новый гироскоп объединяет несколько передовых технологий, чтобы достичь высокого уровня чувствительности в формате, который можно изготовить стандартными методами КМОП-обработки чипов и который использует всего милливатты оптической мощности», — сказал Дэниел Блюменталь, руководитель исследовательской группы.

Чтобы оценить устройство, исследователи закрепили упакованный чип на пьезоэлектрической вращающейся платформе, которая двигала его взад и вперед с контролируемыми частотами. Отдельный оптический интерферометр измерял фактическое движение платформы, давая эталон, с которым можно было сравнить показания гироскопа. Сенсор выдал линейный отклик и обнаружил вращение со скоростью всего 37 градусов в час. Для сравнения, предыдущая версия гироскопа той же команды могла измерять вращение со скоростью 72 000 градусов в час.

Улучшение демонстрирует, что малошумящие лазеры и высококачественные оптические резонаторы способны повысить чувствительность к вращению на фотонном чипе, сообщает IE.

В преддверии полевых испытаний гироскопа исследователи работают над снижением нежелательного рассеяния света, которое может влиять на стабильность измерений, а также планируют объединить лазеры, фотодетекторы и другие компоненты в единую компактную систему.

Недавно американская технологическая компания SandboxAQ успешно испытала свою квантовую систему магнитной навигации (MagNav) на многоцелевом беспилотнике Lumberjack военно-промышленной корпорации Northrop Grumman.

Источник