Создан самый маленький оптический гироскоп, использующий «вращающийся» свет

Чип оптического гироскопа

Гироскопы — это устройства, при помощи которых беспилотные автомобили, летательные аппараты и портативные электронные устройства определяют свою ориентацию в трехмерном пространстве. Первые из гироскопов имели в основе своей конструкции массивные диски, вращающиеся вокруг своей оси с высокой скоростью, но если открыть любой современный мобильный телефон, то можно увидеть, что размеры гироскопов сократились до размеров крошечного чипа. Это стало возможным за счет использования микроэлектромеханического датчика (microelectromechanical sensor, MEMS), который измеряет силы, действующие на два идентичных по массе объекта, движущихся в противоположных направлениях. Однако, MEMS-гироскопы в силу своей частично механической природы имеют ряд ограничений, в том числе и по чувствительности, поэтому ученые разработали оптические варианты гироскопов, выполняющие ту же самую функцию, что и MEMS-гироскопы.

Оптические гироскопы, не имеющие движущихся механических частей, за счет высокой чувствительности обеспечивают большую точность измерений положения в пространстве при помощи эффекта Саньяка (Sagnac effect), который получил свое название в честь французского физика Джорджеса Саньяка (Georges Sagnac). Этот эффект имеет непосредственное отношение к Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, и для его воспроизведения луч света расщепляется на два луча, двигающиеся в противоположных направлениях по замкнутому круговому световоду. Изменение положения датчика, точнее поворот его вокруг оси движения лучей света, заставляет один луч пройти перед чувствительным элементом с небольшим опережением относительно другого. Используя три кольцевых световода, оси которых совпадают с осями трехмерного пространства, можно вычислить текущую пространственную ориентацию всего датчика.

Самые высокоточные оптические гироскопы, которые были созданы до последнего времени, имели размер, сопоставимый с размером мяча для гольфа, что делало невозможным их использование в портативных электронных устройствах. Но не так давно группе инженеров и ученых из Калифорнийского технологического института удалось успешно решить проблему, долгое время являвшейся препятствием миниатюризации оптических гироскопов. Результатом их работы стал оптический гироскоп, размер которого в 500 раз меньше размеров подобных гироскопов предыдущего поколения, а чувствительные элементы нового устройства могут зарегистрировать в 30 раз меньшее значение изменения фазы света, чем старые устройства.

Возможность такой кардинальной миниатюризации оптического гироскопа стал возможен за счет использования новой технологии «взаимного повышения чувствительности». Термин «взаимное» указывает на то, что данная технология затрагивает оба луча света, что позволяет компенсировать вредное влияние тепловых шумов, эффектов рассеивания света в волноводах и другие вмешательства из окружающей среды. Это «взаимное повышение чувствительности» позволило во много раз увеличить соотношение сигнал/шум, что, в свою очередь, позволило уменьшить размеры волноводов и сократить размеры оптического гироскопа в целом до размеров, сопоставимых с размером рисового зернышка.

Share Button

Материалы по теме:

Учеными создан принципиально новый тип магнита, который не должен существовать согласно теории
Обычные магниты состоят из крошечных частичек, магнетизм которых выровнен в одном направлении, за счет чего и создается магнитное поле. Направление магнетизма каждой частицы, магнитного ...
Физикам удалось получить каплю сверхэкзотической «электронной жидкости»
Бомбардируя сверхтонкий "бутерброд" из полупроводниковых материалов мощными, но короткими импульсами лазерного света, ученые-физики из Калифорнийского университета получили каплю квантовой "электронной жидкости", обладающей рядом уникальных ...
WATCHMAN — подземный датчик, способный удаленно контролировать каждую атомную станцию в мире
В недрах 1.1-километрвой шахты ICL Boulby, расположенной в Норт-Йоркшире, Великобритания, будет построен новый 6 500-тонный датчик WATCHMAN, способный улавливать и измерять параметры частиц антинейтрино, ...
Ученые впервые получили лазерный свет, имеющий форму фракталов
Фракталы каждый из нас видит в окружающем нас мире по многу раз за один день, даже не подозревая об этом. Раковина улитки, листья растений ...
«Металлическое дерево» — столь же прочное, как титан, но в пять раз легче исходного материала
На страницах нашего сайта мы уже не раз рассказывали о создании структурированных материалов, обладающих высокой прочностью, малым весом и другими выдающимися характеристиками. Но то, ...
You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

Leave a Reply

Яндекс.Метрика