Tourner la lumière: Le plus petit Gyroscope optique du monde, Caltech ingénieurs créent un gyroscope optique plus petit qu'un grain de riz

Mécanique par rapport gyroscopes optiques: Gyroscopes sont des dispositifs qui aident les véhicules, drones, et les appareils électroniques portables et de poche connaissent leur orientation dans l'espace en trois dimensions. Ils sont monnaie courante dans à peu près tous les bits de la technologie que nous utilisons tous les jours. Initialement, gyroscopes étaient ensembles de roues imbriquées, chaque rotation sur un axe différent. Mais ouvrir un téléphone cellulaire aujourd'hui, et vous trouverez un capteur microsystème (MEMS), l'équivalent moderne, qui mesure les changements dans les forces agissant sur deux masses identiques qui sont oscillante et se déplaçant dans des directions opposées. Ces gyroscopes MEMS sont limitées dans leur sensibilité, ont été développés afin gyroscopes optiques pour effectuer la même fonction, mais sans pièces en mouvement et une plus grande précision en utilisant un phénomène appelé l'effet Sagnac.

Quel est l'effet Sagnac?

L'effet Sagnac, nommé d'après le physicien français Georges Sagnac, est un phénomène optique enraciné dans la théorie d'Einstein de la relativité générale. Pour créer, un faisceau de lumière est divisé en deux, et les poutres doubles se déplacent dans des directions opposées le long d'une voie circulaire, puis répondre à la même détecteur de lumière. La lumière se propage à une vitesse constante, de sorte faire tourner le dispositif et avec elle la voie que la lumière se propage-provoque une des deux faisceaux à arriver au niveau du détecteur avant l'autre. Avec une boucle sur chaque axe d'orientation, ce déphasage, connu sous le nom de l'effet Sagnac, peut être utilisé pour calculer l'orientation.

Le problème

Les plus petits gyroscopes optiques haute performance disponibles aujourd'hui sont plus gros qu'une balle de golf et ne conviennent pas pour de nombreuses applications portables. Comme gyroscopes optiques sont construits plus en plus petits, il est tout aussi le signal qui capture l'effet Sagnac, ce qui le rend de plus en plus difficile pour le gyroscope pour détecter le mouvement. Jusqu'à maintenant, ce qui a empêché la miniaturisation des gyroscopes optiques.

L'invention

Les ingénieurs Caltech dirigé par Ali Hajimiri, Bren Professeur de génie électrique et de génie médical de la Division de l'ingénierie et des sciences appliquées, mis au point un nouveau gyroscope optique qui est 500 fois plus petit que l'état actuel de l'art dispositif, mais ils peuvent détecter des changements de phase qui sont 30 fois plus petits que les systèmes. Le nouveau dispositif est décrit dans un article publié dans le numéro de Novembre de nature Photonics.

Comment ça marche

Le nouveau gyroscope du laboratoire de Hajimiri réalise cette amélioration de la performance en utilisant une nouvelle technique appelée “la mise en valeur réciproque de la sensibilité.” Dans ce cas, “réciproque” signifie qu'il affecte les deux faisceaux de lumière à l'intérieur du gyroscope de la même manière. Comme l'effet Sagnac repose sur la détection d'une différence entre les deux faisceaux lorsqu'ils se déplacent dans des directions opposées, il est considéré comme non réciproque. A l'intérieur du gyroscope, la lumière se déplace à travers les guides d'ondes optiques miniaturisés (de petits conduits qui transportent la lumière, qui remplissent la même fonction que les fils font pour l'électricité). Les imperfections dans le trajet optique qui pourraient affecter les poutres (par exemple, fluctuations thermiques ou diffusion de la lumière) et toute ingérence extérieure aura une incidence sur les deux faisceaux de la même.

L'équipe de Hajimiri a trouvé un moyen d'éliminer ce bruit réciproque tout en laissant les signaux à partir de l'accroissement de la sensibilité intact.Reciprocal effet Sagnac améliore ainsi le rapport signal sur bruit dans le système et permet l'intégration du gyroscope optique sur une puce plus petite qu'un grain de riz.

La source: http://www.caltech.edu, par