Après plus d'une décennie dans le domaine de la technologie de navigation par inertie,J'en suis venu à considérer les appareils intégrés quatre en un comme les héros méconnus de l'évolution des gyroscopes à fibre optique (GFO)Contrairement aux composants quatre en un dans les industries de l'affichage ou des semi-conducteurs, les FOG sont des appareils de haute technologie.ceux conçus spécifiquement pour les FOG servent un but plus précis: intégrer les fonctions optiques et électroniques de base dans un module compact pour libérer le potentiel civil de la technologie.
Les FOG traditionnels reposent sur des composants discrets sources lumineuses, accouplages, modulateurs de phase et détecteurs qui nécessitent chacun un emballage et un étalonnage indépendants.les gyros en surpoids mais aussi les coûts augmentent de façon exponentielle; le coût par gramme des premiers FOG dépassait même celui de l'or, limitant leur application aux missiles, aux satellites et aux grands navires.L'émergence des appareils quatre en un a changé ce scénario en intégrant ces quatre composants de base dans un seul module à base de siliciumEn utilisant la photonique du silicium et les processus d'intégration hétérogènes, l'empreinte des conceptions haut de gamme peut être réduite à moins de 0,2 centimètres carrés.seulement environ un dixième de la taille des assemblages discrets.
Ce que les non-professionnels négligent souvent, c'est que les dispositifs FOG quatre en un ne sont en aucun cas de simples combinaisons de composants, mais ont été soigneusement conçus pour atténuer les principaux problèmes de fonctionnement de FOG.Par exemple:, l'intégration du modulateur de phase et du détecteur sur le même substrat minimise les erreurs de phase non réciproques causées par les fluctuations de température et les vibrations mécaniques,qui est crucial pour maintenir la précision angulaire sous degréEn même temps, il simplifie le processus d'alignement optique, une étape chronophage et laborieuse dans l'assemblage traditionnel de FOG qui introduit souvent une erreur humaine et réduit les taux de rendement.
Je me souviens encore d'un projet de 2024 avec une entreprise de conduite autonome, où nous avons remplacé un FOG à composants discrets par un prototype équipé de notre module photonique en silicium quatre en un.Les résultats ont été transformateurs.: le poids du gyroscope a été réduit de 65%, la consommation d'énergie de 40% et surtout,le coût unitaire est tombé de la gamme de dix mille yuans à la gamme de mille yuans, rendant finalement la précision au niveau FOG accessible aux prix des gyros MEMSIl a effectué des essais impeccables dans des tunnels et des garages souterrains sans signaux GPS, en maintenant un positionnement stable pendant plus de 20 minutes.
Bien sûr, les appareils 4 en 1 pour les FOG ne sont pas sans défis. The biggest hurdle is balancing integration level and optical performance—silicon’s inherent limitations as a light-emitting material force us to use heterogeneous bonding of III-V materials such as indium phosphideL'efficacité de l'accouplement est un autre problème majeur: la taille du champ de mode des guides d'ondes intégrés est extrêmement petite (environ 0,15 micromètres),d'une précision d'alignement inférieure aux microns lors de l'accrochage avec des bobines en fibre, ce qui a repoussé les limites de performance des équipements d'assemblage automatisés.
La production de masse précoce a également rencontré des difficultés de rendement.Le procédé en plusieurs étapes, du collage des plaquettes et de la gravure sur les guides d'onde à l'étalonnage final, signifie que même de légères variations de procédé peuvent rendre l'ensemble du module inefficace.Nous avons passé des mois à optimiser le processus d'intégration du silicium sur l'isolateur (SOI) + du nitrure de silicium monolithique,augmenter le rendement de 60% à plus de 85% et jeter les bases de la production commerciale à grande échelle.
Il est intéressant de noter que la perception de l'industrie de ces appareils quatre en un a subi une transformation spectaculaire.Ils ont été considérés comme un "compromis" entre des composants discrets de haute précision et des MEMS à faible coût; aujourd'hui, ils sont reconnus comme le principal facteur de la civilisation des FOG, comblant l'écart entre les performances aérospatiales et le rapport coût-efficacité commercial.
Les fabricants nationaux ont été à l'avant-garde dans ce domaine.Des entreprises telles que le CETC 14th Research Institute et Chongqing Shuaiwei Technology ont optimisé les modules FOG four-in-one grâce à des procédés de photonique au silicium à 130 nm et 180 nm., atteignant une stabilité de biais inférieure à 0,1°/h pour les dispositifs produits en série à une fraction du coût des homologues étrangers.Même des fabricants régionaux comme Chongqing United Microelectronics étendent la capacité de production de puces émetteurs-récepteurs FOG intégrées., consolidant la position de la Chine sur ce marché de niche critique.
Ces appareils incarnent la vérité fondamentale du développement de FOG: la miniaturisation et le contrôle des coûts ne doivent pas être au détriment de la précision.Se concentrer sur l'intégration au niveau du système plutôt que sur les mises à niveau de composants individuels, les modules quatre en un ont redéfini les limites d'application des FOG." mais une technologie fondamentale qui pousse les FOG dans de nouveaux marchés comme la conduite autonome, la robotique en haute mer et l'agriculture de précision.
L'expérience acquise grâce aux dispositifs FOG quatre en un influence désormais le développement de technologies de nouvelle génération telles que les FOG à cristaux photoniques.Nous appliquons le même concept d'intégration à des conceptions gyroscopiques à trois axes, intégrant trois modules quatre en un dans une seule puce pour réaliser une détection de mouvement 3D complète.Ces modules sont également plus robustes dans des environnements difficiles..
Dans un domaine obsédé par les percées en matière de sensibilité des bobines de fibres ou de vitesse des modulateurs, il est facile de négliger l'impact sous-estimé des appareils quatre en un.Ils ont transformé les FOG de composants aérospatiaux de niche en accessibles, des outils évolutifs et ce processus a prouvé que l'intégration, plutôt que l'amélioration d'une seule mesure de performance, est la clé pour inaugurer une nouvelle ère de la technologie de navigation par inertie.Leur contribution à la popularisation de la précision du FOG dépassera même les conceptions les plus avancées de la prochaine génération..
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