بعد از بيشتر از يک دهه کار در زمينه ي تکنولوژي ناوبدي جريان،من به این فکر رسیده ام که دستگاه های یکپارچه چهار در یک قهرمانان ناشناخته ای در تکامل ژایروسکوپ های فیبر نوری (FOG) هستند که به آرامی از تنگنایی های طولانی مدت در اندازه عبور می کنند.، هزینه و قابلیت اطمینان که زمانی FOG ها را به بخش های هوافضا و دفاعی محدود می کرد. بر خلاف اجزای چهار در یک در صنایع نمایش یا نیمه هادی،اونايي که به طور خاص براي فوگ ها طراحی شده اند هدف دقیقي دارند: ادغام عملکردهای اصلی نوری و الکترونیکی در یک ماژول فشرده برای باز کردن پتانسیل غیرنظامی این فناوری.
فوگ های سنتی به اجزای مجزا (منابعی از نور، کوپلرها، مدولاتورهای فاز و آشکارسازان) متکی هستند که هرکدام نیاز به بسته بندی و کالیبراسیون مستقل دارند.گايروهای اضافه وزن اما همچنین هزینه ها را به صورت نمره دار افزایش می دهد؛ هزینه هر گرم از FOG های اولیه حتی از طلا فراتر رفته است و کاربرد آنها را در موشک ها، ماهواره ها و کشتی های بزرگ محدود می کند.ظهور دستگاه های چهار در یک این سناریو را با ادغام این چهار جزء اصلی در یک ماژول مبتنی بر سیلیکون تغییر دادبا استفاده از فوتونیک سیلیکون و فرآیندهای ادغام ناهمگن، اثر طراحی های پیشرفته می تواند به کمتر از 0.2 سانتی متر مربع کاهش یابد.فقط حدود یک دهم از اندازه مونتاژ های جداگانه.
چیزی که غیر حرفه ای ها اغلب نادیده می گیرند این است که دستگاه های FOG چهار در یک به هیچ وجه ترکیبی از اجزای ساده نیستند، بلکه با دقت طراحی شده اند تا نقاط درد اصلی در عملیات FOG را کاهش دهند.برای مثالیکپارچه سازی مدولاتور فاز و آشکارگر در یک زیربنای یکسان باعث به حداقل رساندن خطاهای فاز غیر متقابل ناشی از نوسانات دمایی و لرزش های مکانیکی می شود.که برای حفظ دقت زاویه ای زیر درجه بسیار مهم استدر همین حال، این فرآیند تراز نوری را ساده می کند، یک مرحله وقت گیر و کارگری در مونتاژ سنتی FOG که اغلب خطای انسانی را معرفی می کند و نرخ بهره را کاهش می دهد.
هنوز یک پروژه ی ۲۰۲۴ را با یک شرکت رانندگی خودکار به یاد دارم، جایی که ما یک FOG قطعات جداگانه را با یک نمونه اولیه مجهز به ماژول فوتونیک سیلیکون چهار در یک خود توسعه داده ایم، جایگزین کردیم.نتايجهايش تبديل کننده بود: وزن ژایروسی 65 درصد کاهش یافت، مصرف برق 40 درصد کاهش یافت و مهمتر از همه،هزینه واحد از محدوده ده هزار یوآن به محدوده هزار یوآن کاهش یافته است، در نهایت دقت سطح FOG را در قیمت های MEMS gyro در دسترس قرار می دهددر تونل ها و گاراژ هاي زيرزميني بدون سيگنال هاي جي پي اس، بي نقص انجام داد و براي بيشتر از 20 دقيقه موقعيت خود را ثابت نگه داشت.
البته، دستگاه های چهار در یک برای FOGs بدون چالش نیستند. 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 phosphide، که بدون شک پیچیدگی تولید را افزایش می دهد. کارایی اتصال یک مشکل مهم دیگر است: اندازه میدان حالت هدایت کننده های موج یکپارچه بسیار کوچک است (حدود 0.15 میکرو متر) ،که نیاز به دقت تنظیم زیر میکروونی در هنگام اتصال با سیم پیچ فیبر دارد، که محدودیت های عملکرد تجهیزات مونتاژ خودکار را افزایش داده است.
تولید انبوه اولیه نیز با مشکلات حاصل مواجه بود.فرآیند چند مرحله ای از پیوند وافر و حکاکی موج تا کالیبراسیون نهایی به این معنی است که حتی تغییرات کوچک فرآیند می تواند کل ماژول را بی اثر کندما ماه ها در حال بهینه سازی فرآیند یکپارچه سازی سیلیکون روی عایق (SOI) + نیترید سیلیکون بودیمدر نهایت افزایش محصول از 60٪ به بیش از 85٪ و ایجاد پایه برای تولید تجاری در مقیاس بزرگ.
جالب است بدانید که ادراک صنعت در مورد این دستگاه های چهار در یک تغییر چشمگیری داشته است.آنها به عنوان یک "توافق" بین اجزای دقیق و دقیق و MEMS کم هزینه در نظر گرفته شده انددر حال حاضر، آنها به عنوان عامل اصلی تمدن سازی FOG شناخته می شوند، شکاف بین عملکرد هوافضا و هزینه تجاری را برطرف می کنند.
تولیدکنندگان داخلی در این زمینه در پیشروی بوده اند.شرکت هایی مانند CETC 14th Research Institute و Chongqing Shuaiwei Technology ماژول های FOG چهار در یک را از طریق فرآیندهای فوتونیک سیلیکون 130nm و 180nm بهینه کرده اند.، دستیابی به ثبات انحراف کمتر از 0.1°/h برای دستگاه های تولید انبوه در کسری از هزینه های همتایان خارجی.حتی تولید کنندگان منطقه ای مانند Chongqing United Microelectronics ظرفیت تولید تراشه های گیرنده FOG یکپارچه را گسترش می دهند، تثبیت موقعیت چین در این بازار مهم است.
این دستگاه ها حقیقت اصلی توسعه FOG را تجسم می کنند: کوچک سازی و کنترل هزینه ها نباید به قیمت دقت باشد.تمرکز بر یکپارچه سازی در سطح سیستم به جای ارتقاء اجزای فردی، ماژول های چهار در یک مرزهای کاربرد FOG را دوباره تعریف کرده اند." ولي يک تکنولوژي پايه اي است که FOG ها را به بازار هاي جديد مانند رانندگي خودگردان سوق ميدهد، رباتیک در اعماق دریا و کشاورزی دقیق.
تجربه جمع آوری شده از دستگاه های FOG چهار در یک در حال حاضر بر توسعه فناوری های نسل بعدی مانند FOG های کریستالی فوتونیک تأثیر می گذارد.ما در حال استفاده از همان مفهوم ادغام به طرح های جیرو سه محور هستیم، ادغام سه ماژول چهار در یک در یک تراشه واحد برای دستیابی به سنجش حرکت سه بعدی کامل. تکنولوژی کالیبراسیون مبتنی بر هوش مصنوعی، بهینه سازی شده برای جبران سر و صدا ناشی از ادغام،همچنین باعث می شود این ماژول ها در محیط های سخت مقاوم تر باشند.
در زمینه ای که با پیشرفت های حساسیت فیبر کویل یا سرعت ماژولاتور وسواس دارد، آسان است که تأثیر زیربنای دستگاه های چهار در یک را نادیده بگیریم.آنها از اجزای هوافضا به اجزای قابل دسترسی تبدیل شده اند، ابزارهای مقیاس پذیر و این فرآیند ثابت کرده است که یکپارچه سازی، نه بهبود یک معیار عملکرد واحد، کلید ورود به یک عصر جدید فناوری ناوبری جاودان است.سهم آنها در محبوب کردن دقت FOG حتی از پیشرفته ترین طرح های نسل بعدی فراتر خواهد رفت.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
