迄今最小光学陀螺仪没米粒大

未来可应用于无人机和航天器

2018年10月29日09:02  来源:科技日报
 

新光学陀螺仪比一粒米还小。

图片来源:每日科学网站

据美国每日科学网站近日报道,美国科学家研制出了迄今全球最小的光学陀螺仪,其个头比一粒米还小,仅为目前最尖端光学陀螺仪大小的1/500,未来有望用于无人机和航天器上。

陀螺仪是帮助车辆、无人机、可穿戴设备等明确其在三维空间中方向的设备。光学陀螺仪借助“萨格纳克效应”(Sagnac Effect)来获得高精度。该效应以法国物理学家乔治斯·萨格纳克的名字命名,可用于计算方向。

但目前市场上最小的高性能光学陀螺仪比高尔夫球还大,不适合于许多便携式应用。而且,随着光学陀螺仪越来越小,其捕获萨格纳克效应的信号也越来越弱,检测运动变得越来越困难,因而成为光学陀螺仪小型化之路上的“拦路虎”。

现在,加州理工学院电子工程和医学工程系教授阿里·哈吉米瑞领导的科研团队,研制出了一种新的光学陀螺仪,其大小仅为目前同类最先进设备的1/500,但它们可以检测到比这些系统小30倍的相位移动。

新型陀螺仪采用了一种名为“相互灵敏度增强”的新技术来改进性能。“相互”意味着对陀螺仪内两束光的影响一模一样。

由于萨格纳克效应依赖于检测两束光在相反方向上行进时的差异,因此它被认为是非互易的。在新陀螺仪内部,光线从微型光学波导(携带光的小导管,功能与电线相同)中通过,光路中可能影响光束的缺陷(例如热波动或光散射)和任何外部干扰都将对两束光产生相同的影响。团队找到了一种方法来消除这种“相互”噪声,同时保留萨格纳克效应的信号。

相互的灵敏度增强改善了系统中的信噪比,并使光学陀螺仪能集成到比一粒米还小的芯片上。

从无到有地发明一种新工具或新方法极为可贵,对已有工具或方法进行持续优化和改进也是创新道路上不可或缺的一环。把某种产品从笨重变得更为小巧实用就是其中一种。曾经的电脑可以占满整个屋子,如今把它塞进手提包都绰绰有余。曾经的手机跟砖头一样,如今随时把它揣进裤兜都毫无压力。我们所享受的这些便捷,不仅仅得益于新工具的发明者,也得感谢为了让它们变得更好而不懈努力的人。(刘霞)

(责编:宋小萱(实习生)、熊旭)

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