Na bijna een decennium op het gebied van traagheidsnavigatie en siliciumfotonica ben ik tot de conclusie gekomen
van siliciumfotonische gyros (SPG)als een van de meest transformatieve technologieën op het gebied van precisie-sensing, waarbij de prestaties van glasvezel gyros (FOG's) in een kleine siliciumchip worden verwerkt,Het verandert de grenzen van wat mogelijk is in de luchtvaart., autonoom rijden, diepzee-exploratie en andere sectoren.
Al jarenlang domineren traditionele FOG's toepassingsscenario's met hoge precisie dankzij het Sagnac-effect.met een vermogen van meer dan 50 W,Het heeft echter een fatale tekortkoming voor grootschalige popularisatie: omvangrijke ontwerpen met discrete optische componenten en met de hand gespleten vezels, gecombineerd met hoge kosten,beperken tot nichegebieden zoals luchtvaart en nationale defensie.
Met behulp van CMOS-productieprocessen, integreert het golfleiders, splitters, modulators,En zelfs detectoren op een enkel silicium substraat, waardoor een desktop-systeem kleiner wordt tot de grootte van een nagel.Sommige ontwerpen kunnen kerncomponenten integreren op een chip van 0,2 vierkante centimeter, met een volume van slechts een fractie van die van traditionele FOG-assemblages.
Wat mij het meest fascineert is dat deze miniaturisatie niet ten koste gaat van precisie.SPG's kunnen de stabiliteit van traditionele FOG's evenaren en tegelijkertijd de productiekosten en het gewicht aanzienlijk verlagenIk herinner me nog een 2024-project dat samenwerkte met een diepzeerobotische onderneming.Waar we hun onhandige FOG vervangen door een prototype SPG gebouwd op een siliciumnitride golfgeleider platform.
Het effect was opmerkelijk: de SPG verminderde het gewicht van het navigatiesysteem met 70%, bestandde tegen de extreme druk van 6.000 meter diepe zee,En de hoek nauwkeurigheid onder de graad die ze nodig hadden, een doorbraak die traditionele optische technologie nooit kon bereiken..
Het grootste probleem waarmee we worden geconfronteerd is het onderdrukken van polarisatieverlies en koppelverlies: siliciumgolfleiders hebben een extreem kleine modusveldgrootte (ongeveer 0,05 mm).5 micrometer)Zonder een zorgvuldig ontwerp met conische koppelingen of roosterstructuren zal er een "trechter-effect" optreden, wat lichtverlies veroorzaakt.
Temperatuurgevoeligheid is een ander lastig probleem. Silicium heeft een sterk thermo-optisch effect en kleine temperatuurschommelingen kunnen de resultaten van de fase-meting vervormen.die een nauwkeurige temperatuurregeling of geavanceerde algoritmen voor compensatie in realtime vereisen.
Niettemin hebben wij aanzienlijke vooruitgang geboekt in de technologie voor heterogene integratie van lithiumniobate of indiumfosfide aan siliciumsubstraten om de prestaties van de modulator te verbeteren.het monolytische integratieproces "silicium op isolatie (SOI) + siliciumnitride" om passieve apparaten met lage verliezen te combineren met actieve apparaten met een hoge prestatie.
Ook de binnenlandse ondernemingen vertonen een sterke impuls.Chinese fabrikanten zoals CETC 14th Research Institute en Chongqing Zixingzhe Technology breiden de productiecapaciteit van SPG-chips uit door middel van 180nm en 130nm siliciumfotonica-processen, waardoor de kloof met de wereldleiders geleidelijk wordt verkleind en wordt bevestigd dat grootschalige massaproductie binnen handbereik is.
In het midden van de industriële opleving wordt een belangrijk punt vaak over het hoofd gezien: SPG's zijn niet alleen beter presterende FOG's, maar een innovatieplatform.het integreren van drie gyros in een enkele chip om volledige 3D-beweging te detecteren, en koppelen met AI-gedreven kalibratietools om geluid en drift in realtime te onderdrukken.
Voor autonoom rijden betekent dit dat navigatiesystemen onafhankelijk van GPS kunnen werken en zelfs in situaties als tunnels of stedelijke canyons een precieze positionering kunnen behouden.het kan een lichtere, meer betrouwbare oplossingen voor houdingscontrole voor satellieten en drones.
Uiteindelijk combineert SPG twee grote voordelen: de hoge precisie van optische gyroscopen en de schaalbaarheid van de halfgeleiderproductie.Teams die in de toekomst op dit gebied zullen uitblinken, moeten niet alleen de fysische principes van het Sagnac-effect beheersen, maar ook de kunst begrijpen van het transformeren van laboratoriumontwerpen in robuusteMet de doorbraak van de overgebleven technische knelpunten, is het mogelijk om de technologie te verbeteren.Ik geloof dat SPG's de onzichtbare ruggengraat van alle navigatiesystemen zullen worden..
Uw bericht moet tussen de 20-3.000 tekens bevatten!
