بعد ما يقرب من عقد من الزمن في مجالات الملاحة الثابتة والفوتونيات السيليكونية،
أجهزة الجيروسات الفوتونية السيليكونية (SPGs)كواحدة من أكثر التقنيات تحولاً في مجال الاستشعار الدقيق، وتجمع أداء الألياف الضوئية في رقاقة السيليكون الصغيرة.إنه يعيد تشكيل حدود ما هو ممكن في مجال الطيران، القيادة الذاتية، استكشاف أعماق البحار، وغيرها من القطاعات.
لسنوات، سيطرت المواد الغازية التقليدية على سيناريوهات التطبيق عالية الدقة بفضل تأثير Sagnac،والذي يكتشف الحركة الدوارة عن طريق قياس الفرق بين مراحل أشعة الضوء المضادةومع ذلك، فإنها لديها عيب قاتلة للعمومية على نطاق واسع: تصاميم ضخمة مع المكونات البصرية منفصلة والألياف اليدوية، إلى جانب التكاليف العالية،الحدّ منهم إلى مجالات نطاق مثل الطيران والفضاء والدفاع الوطني.
الفوتونيات السيليكونية غيرت تماما هذا المشهد.وحتى أجهزة الكشف على رصيف واحد من السيليكون يقلل من حجم نظام سطح المكتب إلى حجم ظفربعض التصاميم يمكن دمج المكونات الأساسية على رقاقة 0.2 سنتيمتر مربع، مع حجم جزء صغير فقط من تجمعات FOG التقليدية.
ما يثير إعجابي أكثر هو أن هذا التصغير لا يأتي على حساب الدقةيمكن لـ SPG أن تتطابق مع استقرار FOG التقليدية مع خفض تكاليف الإنتاج والوزن بشكل كبيرما زلت أتذكر مشروع 2024 بالتعاون مع شركة الروبوتات في أعماق البحرحيث قمنا باستبدال FOG العرجاء مع نموذج SPG مبني على منصة توجيه موجات نتريد السيليكون.
كان التأثير ملحوظا: خفضت SPG وزن نظام الملاحة بنسبة 70 ٪،وحافظوا على الدقة الزاوية تحت الدرجة التي يتطلبونها، وهو اختراق لم تتمكن التكنولوجيا البصرية التقليدية من تحقيقه.
بطبيعة الحال، لا تكون أجهزة SPG خالية من التحديات. أكبر مشكلة نواجهها هي قمع فقدان الاستقطاب وفقدان الارتباط: الموجهات الموجية السيليكونية لديها حجم مجال الوضع الصغير للغاية (حوالي 0.5 ميكرومترات)، في حين أن الألياف البصرية القياسية لها حجم مجال الوضع 9 ميكرومترات. دون تصميم دقيق باستخدام مقترحات معقّدة أو هياكل شبكة ، سيحدث "تأثير القناة" ، مما يسبب فقدان الضوء.
حساسية درجة الحرارة هي قضية معقدة أخرى السيليكون له تأثير حراري بصري قوي، وتقلبات درجة الحرارة الصغيرة يمكن أن تشوه نتائج قياس المراحل،تتطلب تحكم دقيق في درجة الحرارة أو خوارزميات متقدمة للتعويض في الوقت الحقيقي.
ومع ذلك، فقد حققنا تقدما كبيرا في تكنولوجيا التكامل غير المتجانس الربط بين نيوبات الليثيوم أو فوسفيد الانديوم مع الركائز السيليكونية لتحسين أداء المنظم،مع تبني عملية التكامل الأحادية "السيليكون على العازل (SOI) + نتريد السيليكون" للجمع بين الأجهزة السلبية ذات الخسائر المنخفضة والأجهزة النشطة عالية الأداء.
الشركات المحلية تظهر أيضا زخم قوي.المصنعون الصينيون مثل معهد أبحاث CETC الرابع عشر وتكنولوجيا تشونغتشينغ زيكسينجيه توسيع قدرة إنتاج رقائق SPG من خلال عمليات فوتونيك السيليكون 180nm و 130nm، مما يقلل تدريجياً من الفجوة مع القادة العالميين ويؤكد أن الإنتاج الضخم على نطاق واسع في متناول اليد.
في خضم ازدهار الصناعة، غالبًا ما يتم تجاهل نقطة رئيسية: إن SPG ليست فقط FOG ذات أداء أفضل، بل هي منصة ابتكار.دمج ثلاث أجهزة تحريك في شريحة واحدة لتحقيق استشعار حركة ثلاثي الأبعاد الكامل، وربطها بأدوات المعايرة القائمة على الذكاء الاصطناعي لقمع الضوضاء والانجراف في الوقت الحقيقي.
بالنسبة للقيادة الذاتية، هذا يعني أن أنظمة الملاحة يمكن أن تعمل بشكل مستقل عن نظام تحديد المواقع، والحفاظ على تحديد المواقع الدقيق حتى في سيناريوهات مثل الأنفاق أو الأودية الحضرية.يمكن أن يوفر مصباحاً أخف، حلول أكثر موثوقية للتحكم في الموقف للقمر الصناعي والطائرات بدون طيار.
في نهاية اليوم، SPGs يجمع بين ميزتين رئيسيتين: دقة عالية من الجيروس الضوئية والقدرة على توسيع تصنيع أشباه الموصلات.يجب على الفرق التي ستتميز في هذا المجال في المستقبل ليس فقط إتقان المبادئ الفيزيائية لتأثير Sagnac ولكن أيضا فهم فن تحويل التصاميم على نطاق المختبر، رقائق قابلة للسيطرة على التكلفة التي يمكن أن تتكيف مع البيئات المعقدة في العالم الحقيقي.أنا أؤمن بشدة أن أسلحة الملاحة الخاصة ستصبح العمود الفقري الخفي لجميع أنظمة الملاحة التي تسعى للدقة القصوى.
يجب أن تكون رسالتك بين 20-3000 حرف!
