Das Licht drehen: Das kleinste optische Gyroskop der Welt, Caltech Ingenieure schaffen ein optisches Gyroskop kleiner als ein Reiskorn

Mechanische versus optisch Gyroskope: Gyroskope sind Geräte, die Fahrzeuge helfen, Drohnen, und tragbar und tragbare elektronische Vorrichtungen kennen ihre Orientierung im dreidimensionalen Raum. Sie sind in fast jedem Stück Technologie alltäglich verlassen wir uns auf jeden Tag. Ursprünglich, Gyroskope wurden Sätze von Rädern nested, jeder Spinn auf einer anderen Achse. Aber öffnen Sie ein Handy heute bis, und Sie werden einen mikroelektromechanischen Sensor finden (MEMS), das moderne Äquivalent, welche misst Veränderungen der Kräfte, die auf zwei identischen Massen handeln, die in entgegengesetzten Richtungen oszillieren und Bewegen. Diese MEMS-Gyroskope sind in ihrer Empfindlichkeit begrenzt, so optische Gyroskope haben die gleiche Funktion, aber ohne bewegliche Teile und einen höheren Grad an Genauigkeit unter Verwendung eines Phänomens, bekannt als das Sagnac-Effekt auszuführen entwickelt.

Was ist der Sagnac-Effekt?

Der Sagnac-Effekt, nach Französisch Physiker Georges Sagnac benannt, ein optisches Phänomen wird in Einstein Theorie der allgemeinen Relativitäts verwurzelten. Um sie zu erstellen, ein Lichtstrahl wird in zwei Teile gespalten, und die zwei Einzelstrahlen in entgegengesetzte Richtungen entlang eines kreisförmigen Weges, trifft dann bei dem gleichen Lichtdetektor. Licht bewegt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit, so das Drehen des geräte und mit ihm der Weg, der sich das Licht-verursacht eine der beiden Strahlen am Detektor vor dem anderen zu gelangen. Mit einer Schleife auf jeder Achse der Orientierung, Diese Phasenverschiebung, als Sagnac-Effekt bekannt, Orientierung kann verwendet werden, zu berechnen.

Das Problem

Der kleinste optische Hochleistungs-Gyroskope heute verfügbar ist größer als ein Golfball und ist nicht geeignet für viele tragbaren Anwendungen. Als optische Gyroskope sind gebaut, kleiner und kleiner, so ist auch das Signal, das den Sagnac-Effekt erfaßt, wodurch es immer schwieriger für den Kreisel Bewegung zu erkennen. Bis jetzt, dies hat die Miniaturisierung von optischen Kreiseln verhindert.

Die Erfindung

Caltech Ingenieure unter Leitung von Ali Hajimiri, Bren Professor für Elektrotechnik und Medizintechnik in der Abteilung für Technik und angewandte Wissenschaft, ein neues optisches Gyroskop entwickelt, das ist 500 mal kleiner als das aktuelle state-of-the-art-Gerät, aber sie können Phasenverschiebungen erkennen, die sind 30 mal kleiner ist als jene Systeme. Das neue Gerät wird in einem Papier in der November-Ausgabe, veröffentlicht von Nature Photonics.

Wie es funktioniert

Das neue Gyroskop aus Hajimiri Labor erreicht diese verbesserte Leistung durch eine neue Technik namens “gegenseitige Empfindlichkeitssteigerung.” In diesem Fall, “reziprok” bedeutet, dass es beide Strahlen des Lichts innerhalb des Kreisels in der gleichen Weise wirkt. Da der Sagnac-Effekt beruht, um eine Differenz zwischen den beiden Strahlen auf der Erfassung als bewegen sie in entgegengesetzten Richtungen, es gilt als nicht-reziproke. Im Inneren des Kreisels, Licht durch miniaturisierten optischen Wellenleiter (kleine Leitungen, das Licht durch, dass die gleiche Funktion wie Leitungen für Strom tun). Unvollkommenheiten in den optischen Pfad, könnten die Strahlen beeinflussen (zum Beispiel, Temperaturschwankungen oder Lichtstreuung) und jede Störung von außen wirkt sich auf beide Strahlen in ähnlicher Weise aus.

Das Team von Hajimiri hat einen Weg gefunden, dieses reziproke Rauschen auszumerzen, während die Signale des Sagnac-Effekts intakt bleiben. Die Verbesserung der reziproken Empfindlichkeit verbessert somit das Signal-Rausch-Verhältnis im System und ermöglicht die Integration des optischen Kreisels auf einem Chip, der kleiner als ein Korn ist Reis.

Quelle: http://www.caltech.edu, durch