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  技术专题    
旋转的光:世界上最小的光学陀螺仪
作者:cmh        来源:国防科技信息网 
日期:2018-12-02    阅读次数:310
副标题:

       据 李茜楠 报道,物理学组织网站2018年10月25日讯,陀螺仪是一种可以辅助车辆、无人机、可穿戴或手持电子设备在三维空间中确定其方位的电子设备。它几乎存在于任何一项当今我们所依赖的技术中。起初,陀螺仪是一组嵌套的轮子,每个轮子在不同的轴上旋转。但是,在今天当你打开手机,你会发现一个微型机电传感器(MEMS),它可以测量作用在两个相同质量块上的力的变化,这两个质量块来回摆动并向相反的方向运动。这些MEMS陀螺仪的灵敏度是有限的,因此光学陀螺仪被开发出来去执行同样的功能,光学陀螺仪没有移动部件,它通过萨格纳克(Sagnac)效应获得更高的精度。    
       萨格纳克效应是以法国物理学家乔治·萨格纳克的名字命名的,是一种起源于爱因斯坦广义相对论的光学现象。为了制造出它,一束光被分成两束,两束光沿着一个圆形的路径向相反的方向运动,然后在同一光探测器上相遇。 光以恒定的速度传播,因此旋转这个装置-以及光传播的路径-会使两束光中的一束先于另一束到达探测器。在每个方向轴上都有一个循环,这个相位偏移,被称为Sagnac效应,可以用来计算方向。    
       目前最小的高性能光学陀螺仪比高尔夫球还大,不适合许多便携式设备的应用。随着光学陀螺仪的建造越来越小,捕获萨纳克效应的信号也越来越小,这使得陀螺仪检测运动变化越来越困难。到目前为止,这已经阻碍了光学陀螺仪的小型化。    
       在Ali Hajimiri的带领下,加州理工大学工程与应用科学系电机工程及医学工程的Bren教授开发了一种新的光学陀螺仪,它比当前最先进的设备还要小500倍,但它可以检测到比这些系统小30倍的相位变化。这种新的光学陀螺仪在11月出版的《Nature Photonic》杂志上发表了一篇论文。    
       它如何工作?    
       Hajimiri 实验室的新陀螺仪通过使用一种称为“交互灵敏度增强”的新技术实现了性能提升。在这种情况下,“交互”意味着它以同样的方式影响陀螺仪内的两束光。由于Sagnac效应依赖于两束光束在反向传播时探测到它们的差异,因此它被认为是不存在交互性的。在陀螺仪内部,光线通过微型化的光波导(携带光线的导管介质,其功能与电线的电功能相同)传播。光学路径的缺陷可能影响光束 (例如,热波动或光散射)和任何外界干扰都会同样影响两束光束。Hajimiri的团队找到了一种方法, 可以在不破坏 Sagnac 效应信号的情况下消除这种相互干扰。交互灵敏度增强提高了系统的信噪比,使光学陀螺仪可以集成到比米粒还小的芯片上。
   

    
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