慣性ナビゲーションとシリコン光子学の分野で10年近くを過ごした後,
シリコン光子回転器 (SPG)ファイバーオプティックジロ (FOG) の性能を小さなシリコンチップにまとめ航空宇宙における可能性の限界を 静かに再定義しています自動運転,深海探査,その他の分野
長年,伝統的なFOGは 高精度なアプリケーションシナリオを支配してきました.逆光束の相差を測定することによって回転運動を検出するしかし,大規模な普及には致命的な欠陥があります. 単一の光学部品と手作り繊維を組み合わせた,高額な設計,航空宇宙や国防などのニッチ分野に限定する.
シリコンフォトニクスは この環境を完全に変えました CMOSの製造プロセスを活用して 波導体,スプリッター,モジュレーター単一のシリコン基板に検出器を設置し デスクトップサイズのシステムを指の爪の大きさまで縮小しますいくつかの設計では,0.2平方センチメートルのチップにコアコンポーネントを統合することができ,容積は伝統的なFOG組装のほんの一部に過ぎません.
この小型化が精度を犠牲にして行われないことですSPGは伝統的なFOGの安定性に匹敵し,生産コストと重量を大幅に削減できます私はまだ2024年のプロジェクトを 覚えている 深海ロボット会社と協力しシリコンナイトリド波導体プラットフォームで構築されたプロトタイプSPGに置き換えました.
効果は驚異的でした SPGはナビゲーションシステムの重量を70%削減し 6,000メートルの深海の極端な圧力に耐えることができました伝統的な光学技術が成し遂げられなかった突破口です.
もちろん,SPGには課題があります. 私たちが直面する最大の問題は,偏振損失と結合損失を抑制することです.シリコン波導体は非常に小さなモードフィールドサイズ (約0.0 mm) を持っています.5 マイクロメートル)標準光ファイバーのモードフィールドサイズは9マイクロメートルである. 細心の設計がなければ,角型カップラーや格子構造を使用すると",フネル効果"が発生し,光損失を引き起こす.
温度感度も難しい問題です シリコンは熱光学的な効果が強いので 温度変動が小さい場合 段階測定結果が歪められます精密な温度制御やリアルタイム補償のための高度なアルゴリズムを必要とする.
しかし,シリコン基板にリチウムニオバートやインディウム・フォスフィードを結合してモジュレーターの性能を向上させる異質統合技術では大きな進歩を遂げました.低負荷の受動装置と高性能の活性装置を組み合わせる"シリコン・オン・アイソレーター (SOI) +シリコン・ナイトリッド"単体統合プロセスを採用する.
国内企業も 強い勢いを示していますCETC 14th Research Institute と Chongqing Zixingzhe Technology などの中国製メーカーが,180nm と 130nm のシリコン光子工法によって,SPGチップの生産能力を拡大しています.グローバルリーダーとのギャップを徐々に縮小し 大規模な大量生産が実現可能であることを確認します
産業のブームの中で,重要なポイントはしばしば見過ごされています: SPGはより優れたパフォーマンスを持つFOGだけでなく,イノベーションのプラットフォームです.3つのジロを1つのチップに統合し,完全な3Dモーションセンシングを実現するリアルタイムでノイズと漂流を抑制するために AI駆動の校正ツールと組み合わせます
自動運転では,ナビゲーションシステムがGPSとは無関係に動作し,トンネルや都市峡谷などのシナリオでも正確な位置を保ちます.より軽いものを作ることができます衛星や無人機のためのより信頼性の高い姿勢制御ソリューションです
究極的には SPGは 2つの大きな利点があります 光学回転機の高精度と 半導体製造の拡張性ですこの分野において将来に際立つチームは サグナック効果の物理原理を習得するだけでなく 実験室規模の設計を複雑な現実環境に適応できるコスト制御可能なチップですSPGは 究極の精度を追求する すべてのナビゲーションシステムの 見えないコア骨組みになるでしょう.
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