Создан самый маленький оптический гироскоп в мире

Гироскопы — это устройства которые помогают автомобилям, беспилотникам, переносной и стационарной электроники понимать свое положение в трехмерном пространстве. Без них не обходятся никакие технологии, на которые мы полагаемся в повседневной жизни. Первоначально гироскопы представляли собой набор вложенных колесиков, каждое из которых вращалось на отдельной оси. Но если вы вскроете мобильный телефон сегодня, вы найдете микроэлектромеханический сенсор (MEMS), современный эквивалент гироскопа, который измеряет изменения в силах, действующих на две идентичные массы, которые колеблются и движутся в противоположных направлениях.

Чувствительность этих MEMS-гироскопов ограничена, поэтому были разработаны оптические гироскопы, которые выполняют те же функции, но не имеют движущихся частей и обладает повышенной точностью, благодаря так называемому эффекту Саньяка.

Самый крошечный гироскоп

Инженеры из Калтеха под руководством профессора электротехники и медицинской инженерии Али Хаджимири создали новый оптический гироскоп, который в 500 раз меньше самого продвинутого современного аналога. Однако способен обнаруживать фазовые переходы, которые в 30 раз меньше тех, что обнаруживают нынешние системы. Новое устройство было описано в работе, опубликованной в Nature Photonics.

Новый гироскоп из лаборатории Хаджимири достигает этой улучшенной производительности, используя новый метод под названием «взаимное усиление чувствительности». В данном случае «взаимное» означает, что оно воздействует на оба пучка света внутри гироскопа одинаково. Поскольку эффект Саньяка опирается на обнаружение разницы между двумя пучками, двигающимися в противоположных направлениях, он считается невзаимным. Внутри гироскопа свет проходит через миниатюрные оптические волноводы (небольшие проводки, которые переносят свет и выполняют ту же функцию, что и провода для электричества). Дефекты на оптическом пути, которые могут повлиять на пучки (тепловые флуктуации или рассеяние света), и любые воздействия извне будут влиять на оба пучка одинаково.

Команда Хаджимири нашла способ избавиться от этого взаимного шума, оставив сигналы от эффекта Саньяка нетронутыми. Взаимное повышение чувствительности, таким образом, усиливает отношение сигнала к шуму в системе и позволяет интегрировать оптический гироскоп в микросхему, которая меньше рисового зерна.