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:

Машины-монстры: Самый мощный в мире синий лазер от компании Panasonic
Не так давно на демонстрации, проведенной в Осаке, Япония, представители компании Panasonic показали всему миру созданный ими самый яркий и самый мощный в мире ...
Ученым удалось определить верхний предел скорости звука
Международная группа, в которую входили ученые из университета королевы Марии, Лондон, Кембриджского университета и Института физики высоких давлений, Троицк, Россия, провела ряд исследований, результатом ...
Материя, находящаяся в неизвестном ранее состоянии, может быть твердой и жидкой одновременно
В окружающем нас мире материя может находиться в самых различных состояниях. Большинству из людей известны лишь три основных состояния материи - твердое тело, жидкость ...
Ученые создали «квантовые торнадо», постоянно колеблющиеся между миром классической физики и миром квантовой механики
Все, происходящее на просторах Вселенной, подчиняется двум несовместимым на первый взгляд наборам законов физики - существует классическая физика, действующая в масштабе окружающего нас мира, ...
Самая быстрая камера в мире на сегодняшний день снимает со скоростью 70 триллионов кадров в секунду
Наилучшие модели камер, устанавливаемых в современных смартфонах, могут снимать в режиме замедленной съемки со скоростью более 1000 кадров в секунду, скорость же профессиональных специализированных ...
You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

Leave a Reply

Яндекс.Метрика