پس از نزدیک به یک دهه کار در زمینه ناوبری بی حرکت و فوتونیک سیلیکون، به این نتیجه رسیده ام که
سیلیکون فوتونیک جیرو (SPG)به عنوان یکی از تحول کننده ترین تکنولوژی های حس دقیق، عملکرد فیبر نوری را در یک تراشه سیلیکونی کوچک بسته بندی می کند.در حال تغییر خط مرزی از آنچه که در فضاپیما امکان پذیر است، رانندگی مستقل، اکتشافات در اعماق دریا و سایر بخش ها.
برای سال ها، FOG های سنتی در سناریوهای کاربرد با دقت بالا به لطف اثر Sagnac، تسلط داشته اند.که حرکت چرخش را با اندازه گیری تفاوت فاز بین پرتوهای نور ضد پخش تشخیص می دهدبا این حال، آنها یک نقص مرگبار برای محبوبیت در مقیاس بزرگ دارند: طرح های بزرگ با اجزای نوری مجزا و فیبر های دستی، همراه با هزینه های بالا،آنها را به حوزه های خاص مانند هوافضا و دفاع ملی محدود کنید.
فوتونیک سیلیکون کاملا این منظر را تغییر داده است. با استفاده از فرآیندهای تولید CMOS، آن را یکپارچه می کند موج راهنما، تقسیم کننده، مدولاتور،و حتی آشکارسازها بر روی یک بستر سیلیکونی واحد که یک سیستم اندازه دسکتاپ را به اندازه یک ناخن کوچک می کند.برخی از طرح ها می توانند اجزای اصلی را در یک تراشه 0.2 سانتی متر مربع، با حجم تنها کسری از مجمعات سنتی FOG ادغام کنند.
چیزی که بیشتر مرا شگفت زده می کند این است که این کوچک سازی به قیمت دقت انجام نمی شود.SPG ها می توانند با ثبات FOG های سنتی مطابقت داشته باشند و هزینه های تولید و وزن را به طور قابل توجهی کاهش دهندمن هنوز یادم هست که پروژه 2024 با همکاری یک شرکت رباتیک در اعماق دریا،که در آن ما FOG دستخوش مشکل خود را با یک نمونه اولیه SPG ساخته شده بر روی یک پلت فرم موج هدایت نیترید سیلیکون.
اثر قابل توجه بود: SPG وزن سیستم ناوبری را 70٪ کاهش داد، مقاومت در برابر فشار شدید در اقیانوس های 6000 متر عمیق،و دقت زاویه ای زیر درجه ای را که نیاز داشتند حفظ کردند یک پیشرفت که تکنولوژی نوری سنتی هرگز نمی تواند به دست آورد.
البته، SPG ها بدون چالش نیستند. بزرگترین مشکلی که با آن روبرو هستیم سرکوب از دست دادن قطبی و از دست دادن اتصال است: موج های سیلیکونی دارای اندازه میدان حالت بسیار کوچک (حدود 0.0 درصدی) هستند.5 میکرومتر)، در حالی که فیبر نوری استاندارد دارای اندازه میدان حالت 9 میکرومتر است. بدون طراحی دقیق با استفاده از کوپلرهای مخروطی یا سازه های شبکه ای، یک "اثر قیف" رخ می دهد و باعث از دست دادن نور می شود.
حساسیت درجه حرارت یک مسئله پیچیده دیگر است. سیلیکون دارای یک اثر ترمو آپتیک قوی است و نوسانات دمای کوچک می تواند نتایج اندازه گیری فاز را تحریف کند.نیاز به کنترل دقیق دمای یا الگوریتم های پیشرفته برای جبران در زمان واقعی.
با این حال، ما پیشرفت قابل توجهی در تکنولوژی ادغام ناهمگن انجام داده ایم ◄ پیوند نیوبات لیتیوم یا فوسفید ایندیوم به زیربناهای سیلیکون برای بهبود عملکرد مدولاتور،در حالی که فرآیند یکپارچه سازی "سیلیکون بر روی عایق (SOI) + نیترید سیلیکون" را برای ترکیب دستگاه های منفعل با ضرر کم با دستگاه های فعال با عملکرد بالا اتخاذ می کند.
شرکت های داخلی نیز در حال نشان دادن حرکت قوی هستند.تولید کنندگان چینی مانند موسسه 14 تحقیق CETC و Chongqing Zixingzhe Technology ظرفیت تولید تراشه های SPG را از طریق فرآیندهای فوتونیک سیلیکون 180nm و 130nm گسترش می دهند، به تدریج شکاف با رهبران جهانی را کاهش می دهد و تایید می کند که تولید انبوه در مقیاس بزرگ در دسترس است.
در میان رونق صنعت، یک نکته کلیدی اغلب نادیده گرفته می شود: SPG ها نه تنها FOG های با عملکرد بهتر هستند، بلکه یک پلت فرم نوآوری هستند.ادغام سه ژایرو به یک تراشه واحد برای دستیابی به سنجش حرکتی سه بعدی کامل، و آنها را با ابزارهای کالیبراسیون مبتنی بر هوش مصنوعی برای سرکوب سر و صدا و حرکت در زمان واقعی جفت می کند.
برای رانندگی مستقل، این بدان معنی است که سیستم های ناوبری می توانند مستقل از GPS کار کنند و موقعیت دقیق را حتی در سناریوهای مانند تونل ها یا دره های شهری حفظ کنند.می تواند روشن کننده ای را فراهم کند.، راه حل های قابل اطمینان تر کنترل وضعیت برای ماهواره ها و هواپیماهای بدون سرنشین.
در پایان روز، SPG ها دو مزیت عمده را ترکیب می کنند: دقت بالا از ژایروهای نوری و مقیاس پذیری تولید نیمه هادی.تیم هایی که در آینده در این زمینه برجسته خواهند شد نه تنها باید اصول فیزیکی اثر Sagnac را تسلط داشته باشند بلکه هنر تبدیل طرح های آزمایشگاهی به طرح های قوی را نیز درک کنند.، تراشه های قابل کنترل هزینه ای که می توانند به محیط های پیچیده دنیای واقعی سازگار شوند.من کاملاً باور دارم که SPG ها می تونن ستون فقرات اصلی و نامرئی تمام سیستم های ناوبری باشند که به دنبال دقت نهایی هستند.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
