Nach fast einem Jahrzehnt in den Bereichen Trägheitsnavigation und Siliziumphotonik bin ich zu dem Schluss gekommen, daß die
mit einer Leistung von mehr als 50 W und einer Leistung von mehr als 50 Wals eine der transformativsten Technologien für die Präzisionserkennung, die die Leistung von Glasfasergyros (FOGs) in einen winzigen Siliziumchip einpackt,Es verändert leise die Grenzen dessen, was in der Luftfahrt möglich ist., autonomes Fahren, Tiefseeforschung und andere Sektoren.
Seit Jahren beherrschen herkömmliche FOGs aufgrund des Sagnac-Effekts Anwendungsszenarien mit hoher Präzision.mit einer Leistung von mehr als 50 W und einer Leistung von mehr als 50 W,Sie haben jedoch einen entscheidenden Nachteil für eine groß angelegte Verbreitung: sperrige Konstruktionen mit diskreten optischen Komponenten und handspliesen Fasern, verbunden mit hohen Kosten,Sie beschränken sich auf Nischenfelder wie Luft- und Raumfahrt und nationale Verteidigung..
Die Siliziumphotonik hat diese Landschaft komplett verändert.und sogar Detektoren auf einem einzigen Silizium-Substrat, das ein Desktop-System auf die Größe eines Fingernagels verkleinert.Einige Designs können Kernkomponenten auf einen 0,2-Quadratzentimeter-Chip integrieren, dessen Volumen nur einen Bruchteil des Volumens traditioneller FOG-Montagen beträgt.
Was mich am meisten fasziniert, ist, dass diese Miniaturisierung nicht auf Kosten von Präzision kommt.SPG können der Stabilität traditioneller FOG entsprechen und gleichzeitig die Produktionskosten und das Gewicht erheblich senkenIch erinnere mich noch an ein Projekt 2024 in Zusammenarbeit mit einer Firma für Tiefsee-Roboter.Wir ersetzten ihre ungeschickte FOG durch einen Prototypen SPG, der auf einer Siliciumnitrid-Wellenleitplattform basiert..
Der Effekt war bemerkenswert: Die SPG reduzierte das Gewicht des Navigationssystems um 70%, stand dem extremen Druck von 6.000 Metern Tiefsee stand,Sie haben die gewünschte Winkelgenauigkeit beibehalten. Ein Durchbruch, den die traditionelle optische Technologie nie erreichen konnte..
Natürlich sind SPGs nicht ohne Herausforderungen. Das größte Problem, mit dem wir konfrontiert sind, ist die Unterdrückung von Polarisierungsverlusten und Kopplungsverlusten: Siliziumwellenleitungen haben eine extrem kleine Modusfeldgröße (ca. 0,05 W).5 Mikrometer)Ohne eine sorgfältige Konstruktion mit konischen Kupplungen oder Gitterstrukturen tritt ein "Lacheneffekt" auf, der zu Lichtverlusten führt.
Die Temperaturempfindlichkeit ist ein weiteres schwieriges Problem. Silizium hat eine starke thermooptische Wirkung und kleine Temperaturschwankungen können die Ergebnisse der Phasenmessungen verzerren.die eine präzise Temperaturregelung oder fortschrittliche Algorithmen zur Echtzeitkompensation erfordern.
Dennoch haben wir bei der heterogenen Integrationstechnologie erhebliche Fortschritte erzielt, indem wir Lithiumniobat oder Indiumphosphid an Siliziumsubstrate binden, um die Leistung des Modulators zu verbessern.bei Annahme des monolithischen Integrationsprozesses "Silizium-on-Isolator (SOI) + Siliziumnitrid" zur Kombination von passiven Geräten mit geringen Verlusten mit leistungsstarken aktiven Geräten.
Auch inländische Unternehmen zeigen eine starke Dynamik.Chinesische Hersteller wie CETC 14. Forschungsinstitut und Chongqing Zixingzhe Technology erweitern die Produktionskapazität von SPG-Chips durch 180nm und 130nm Siliziumphotonik-Prozesse, was die Lücke zu den führenden Unternehmen weltweit allmählich verringert und bestätigt, dass die Massenproduktion in Reichweite ist.
Inmitten des Branchenbooms wird oft ein wichtiger Punkt übersehen: SPG sind nicht nur leistungsstärkere FOGs, sondern eine Innovationsplattform.Integration von drei Gyros in einen einzigen Chip zur vollständigen 3D-Bewegungserfassung, und sie mit KI-gesteuerten Kalibrierwerkzeugen kombinieren, um Lärm und Drift in Echtzeit zu unterdrücken.
Für das autonome Fahren bedeutet dies, dass Navigationssysteme unabhängig von GPS arbeiten können und eine genaue Positionierung auch in Szenarien wie Tunneln oder städtischen Schluchten beibehalten.Es kann leichter sein, zuverlässigere Einstellungskontrolllösungen für Satelliten und Drohnen.
Am Ende des Tages kombinieren SPGs zwei große Vorteile: die hohe Präzision optischer Gyros und die Skalierbarkeit der Halbleiterherstellung.Teams, die sich in Zukunft auf diesem Gebiet auszeichnen werden, müssen nicht nur die physikalischen Prinzipien des Sagnac-Effekts beherrschen, sondern auch die Kunst erlernen, Laborschnittentwürfe in robusteMit dem Durchbruch der verbleibenden technischen Engpässe,Ich glaube fest daran, dass SPGs das unsichtbare Kernstück aller Navigationssysteme werden, die höchste Präzision anstreben..
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