【中國傳動網(wǎng) 技術(shù)前沿】 陀螺儀是幫助車輛、無人機(jī)、可穿戴和手持電子設(shè)備知道它們在三維空間中的方位的設(shè)備。它們在我們每天依賴的幾乎每一項技術(shù)中都很常見。

最初，陀螺儀是一組嵌套的輪子，每個輪子都在不同的軸上旋轉(zhuǎn)。

但今天打開手機(jī)，你會發(fā)現(xiàn)一個微型機(jī)電傳感器(MEMS)，現(xiàn)代的等效元件，它可以測量作用在兩個相同質(zhì)量上的力的變化，這兩個相同的質(zhì)量在振動和向相反的方向運動。

移動設(shè)備上的陀螺儀可以被用于導(dǎo)航、攝像頭防抖、游戲傳感器等應(yīng)用。

這些MEMS陀螺儀的靈敏度是有限的，因此光學(xué)陀螺儀已經(jīng)被開發(fā)用來執(zhí)行同樣的功能，但沒有移動部件，使用一種叫做Sagnac效應(yīng)的現(xiàn)象獲得更高的精度。

薩尼亞克(Sagnac)效應(yīng)是以法國物理學(xué)家喬治·薩尼亞克的名字命名的，是一種根植于愛因斯坦廣義相對論的光學(xué)現(xiàn)象。

為了制造出它，一束光被分成兩束，兩束光沿著一個圓形的路徑向相反的方向運動，然后在同一光探測器上相遇。

光以恒定的速度傳播，因此旋轉(zhuǎn)這個裝置——以及光傳播的路徑——會使兩束光中的一束先于另一束到達(dá)探測器。

在每個方向軸上都有一個循環(huán)，這個相位偏移，被稱為Sagnac效應(yīng)，可以用來計算方向。

目前最小的高性能光學(xué)陀螺儀比高爾夫球還大，不適合許多便攜式應(yīng)用。

隨著光學(xué)陀螺儀的建造越來越小，捕獲Sagnac效應(yīng)的信號也越來越小，這使得陀螺儀檢測運動變得越來越困難。

到目前為止，這已經(jīng)阻止了光學(xué)陀螺儀的小型化。

AliHajimiri，工程與應(yīng)用科學(xué)系電子工程與醫(yī)學(xué)工程教授，以他為首的加州理工學(xué)院的工程師開發(fā)了一種新的光學(xué)陀螺儀,500倍小于當(dāng)前最先進(jìn)的設(shè)備,但他們可以檢測相移小于30倍的系統(tǒng)。

這種新裝置在11月出版的《自然光子學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇論文中有介紹。

來自Hajimiri實驗室的新陀螺儀通過使用一種稱為“相互靈敏度增強”的新技術(shù)實現(xiàn)了這種改進(jìn)性能。

在這種情況下，“相互”意味著它以同樣的方式影響陀螺儀內(nèi)的兩束光。

由于Sagnac效應(yīng)依賴于在兩束光束反向傳播時探測到它們之間的差異，因此它被認(rèn)為是不可逆的。

在陀螺儀內(nèi)部，光線通過微型化的光波導(dǎo)(攜帶光線的小管道，其功能與電線的電功能相同)傳播。

光路中可能影響光束的缺陷(例如，熱波動或光散射)和任何外界干擾都會同樣影響兩束光束。

Hajimiri的團(tuán)隊找到了一種方法，可以在不破壞Sagnac效應(yīng)信號的情況下消除這種相互干擾。

相互靈敏度增強從而提高了系統(tǒng)的信噪比，使光學(xué)陀螺儀集成到比米粒還小的芯片上。

本文的題目是“具有互靈敏度增強的納米光子光學(xué)陀螺儀”。研究生ParhamKhial是第一作者，本科生AlexanderWhite是合著者。

這項研究是由Rothenberg創(chuàng)新計劃資助的。