الغزل النور: أصغر الجيروسكوب بصري في العالم, المهندسين معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا خلق جيروسكوب بصري أصغر من حبة الأرز

الميكانيكية مقابل الجيروسكوبات البصرية: الجيروسكوبات هي الأجهزة التي تساعد على المركبات, طائرات بدون طيار, والأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء والمحمولة معرفة ميولهم في الفضاء ثلاثي الأبعاد. شائعة أنها فقط في كل شيء من التكنولوجيا التي يعتمدون عليها يوميا. في الأصل, كانت الجيروسكوبات مجموعات من العجلات المتداخلة, كل الغزل على محور مختلفة. لكن فتح الهاتف الخليوي اليوم, وسوف تجد جهاز استشعار إلكترونية صغيرة (MEMS), أي ما يعادل العصر الحديث, والذي يقيس التغيرات في القوى المؤثرة على كتلتين متطابقة التي تتأرجح وتتحرك في اتجاهين متعاكسين. وتقتصر هذه الجيروسكوبات MEMS في حساسيتها, وقد وضعت الجيروسكوبات البصرية حتى لأداء نفس الوظيفة ولكن مع عدم وجود أجزاء متحركة ودرجة أكبر من الدقة باستخدام ظاهرة تسمى تأثير سانياك.

ما هو تأثير سانياك?

تأثير سانياك, سميت الفيزيائي الفرنسي جورج سانياك, وظاهرة بصرية متجذرة في نظرية اينشتاين في النسبية العامة. لإنشائه, يتم تقسيم شعاع من الضوء إلى قسمين, والحزم التوأم السفر في اتجاهين متعاكسين على طول الطريق الدائري, ثم يجتمع في نفس ضوء كاشف. يسافر الضوء بسرعة ثابتة, لذا الدورية للجهاز ومعه مسار أن الضوء يسافر-يسبب واحدة من شعاعين للوصول إلى كشف قبل الآخر. مع حلقة على كل محور التوجيه, هذه مرحلة التحول, المعروفة باسم تأثير سانياك, يمكن استخدامها لحساب التوجه.

المشكلة

أصغر عالية الأداء الجيروسكوبات البصرية المتاحة اليوم هي أكبر من كرة الغولف وليست مناسبة للعديد من التطبيقات المحمولة. كما يتم بناؤها الجيروسكوبات البصرية أصغر وأصغر, وذلك هو أيضا إشارة إلى أن يلتقط تأثير سانياك, مما يجعله أكثر وأكثر صعوبة للجيروسكوب للكشف عن الحركة. حتى الآن, منعت هذا التصغير من الجيروسكوبات البصرية.

الاختراع

المهندسين معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا التي كتبها علي حاجيميري أدى, أستاذ برين الهندسة الكهربائية والهندسة الطبية في شعبة الهندسة والعلوم التطبيقية, وضعت جيروسكوب بصري جديد هو 500 مرات أصغر من الجهاز الحالي للدولة من بين الفن, ومع ذلك فإنها يمكن الكشف عن مرحلة التحولات التي 30 مرات أصغر من تلك النظم. ووصف جهاز جديد في ورقة نشرت في عدد نوفمبر من طبيعة الضوئيات.

كيف تعمل

وجيروسكوب جديد من مختبر Hajimiri ليحقق هذا التحسن في الأداء باستخدام تقنية جديدة تسمى “متبادل تعزيز حساسية.” في هذه الحالة, “متبادل” يعني أنه يؤثر على كل من أشعة الضوء داخل جيروسكوب في نفس الطريق. منذ تأثير سانياك يعتمد على الكشف عن الفرق بين شعاعين أثناء سفرهم في اتجاهين متعاكسين, يعتبر غير متماثلة. داخل جيروسكوب, يسافر الضوء من خلال الدليل الموجي الضوئية المنمنمة (القنوات الصغيرة التي تحمل الضوء, التي تؤدي نفس الوظيفة كما تفعل الأسلاك للحصول على الكهرباء). عيوب في مسار بصري قد يؤثر على الحزم (فمثلا, التقلبات الحرارية أو تشتت الضوء) وأي تدخل خارجي سوف تؤثر على كل من الحزم بالمثل.

ووجد فريق Hajimiri في وسيلة للتخلص من هذا الضجيج المتبادل مع ترك إشارات من سانياك تأثير intact.Reciprocal تعزيز حساسية وبالتالي يحسن من نسبة الإشارة إلى الضوضاء في النظام وتمكن من دمج الدوران البصري على شريحة أصغر من حبة الأرز.

مصدر: HTTP://www.caltech.edu, بواسطة