Po prawie dekadzie pracy w dziedzinie nawigacji inercjalnej i fotoniki krzemowej doszedłem do wniosku, że
żyroskopy fotoniczne z krzemu (SPG)jako jedna z najbardziej przekształcających technologii w zakresie precyzyjnego wykrywania, łączącej wydajność żyroszybków włókna optycznego (FOG) w maleńki układ krzemowy,Cicho przekształca granice tego, co możliwe w przestrzeni kosmicznej., autonomicznej jazdy, eksploracji głębinowej i innych sektorów.
Od lat tradycyjne FOG dominują w scenariuszach zastosowań o wysokiej precyzji dzięki efektowi Sagnaca,który wykrywa ruch obrotowy poprzez pomiar różnicy fazowej między przeciwprzechodzącymi wiązkami światłaJednakże mają one fatalną wadę dla dużej popularizacji: nieporęczne konstrukcje z dyskretnymi komponentami optycznymi i włóknami ręcznie łączonymi, w połączeniu z wysokimi kosztami,ograniczyć je do niszowych dziedzin takich jak lotnictwo i obronność narodowa.
Wykorzystując procesy produkcyjne CMOS, integruje przewodniki fal, splittery, modulatory,i nawet detektorów na pojedynczym podłożu krzemowym, zmniejszając system wielkości pulpitu do rozmiaru paznokcia.Niektóre projekty mogą zintegrować podstawowe komponenty na chipie o powierzchni 0,2 centymetra kwadratowego, o objętości zaledwie ułamku tradycyjnych zespołów FOG.
Co mnie najbardziej fascynuje, to to, że ta miniaturyzacja nie idzie kosztem precyzji.SPG mogą równać się stabilności tradycyjnych FOG przy jednoczesnym znaczącym zmniejszeniu kosztów produkcji i masyNadal pamiętam projekt 2024 współpracujący z firmą zajmującą się głębinową robotyką,gdzie zastąpiliśmy ich niezdarny FOG prototypem SPG zbudowanym na platformie przewodnika fal azotanu krzemu.
Efekt był niezwykły: SPG zmniejszył ciężar systemu nawigacyjnego o 70%, wytrzymał ekstremalne ciśnienie 6000 metrów głębokości morza,i utrzymali podstopniową dokładność kątową, której potrzebowali. Przełom, którego tradycyjna technologia optyczna nigdy nie mogła osiągnąć..
Największym problemem, z którym mamy do czynienia, jest tłumienie strat polaryzacji i strat sprzężenia: przewodniki fal krzemowe mają niezwykle mały rozmiar pola trybu (około 0,01 mmHg).5 mikrometrów)Bez starannego zaprojektowania przy użyciu spinalnych sprzęgów lub struktur siatkowych wystąpi "efekt lejkowy", powodując utratę światła.
Czułość do temperatury jest kolejnym trudnym problemem. Krzem ma silny efekt termooptyczny, a małe wahania temperatur mogą zniekształcać wyniki pomiarów fazowych.wymagające precyzyjnego sterowania temperaturą lub zaawansowanych algorytmów kompensacji w czasie rzeczywistym.
Niemniej jednak poczyniliśmy znaczący postęp w zakresie technologii integracji heterogenicznej ̇ wiązania niobatu litu lub fosforku india z substratami krzemu w celu poprawy wydajności modulatora,przy jednoczesnym przyjęciu monolitycznego procesu integracji "krzemowy na izolatorze (SOI) + azotynek krzemu" w celu połączenia urządzeń pasywnych o niskich stratach z urządzeniami aktywnymi o wysokiej wydajności.
Krajowe przedsiębiorstwa również wykazują silny rozwój.Chińscy producenci, tacy jak CETC 14th Research Institute i Chongqing Zixingzhe Technology, rozszerzają zdolności produkcyjne chipów SPG za pomocą procesów fotoniki krzemu 180nm i 130nm, stopniowo zmniejszając różnicę z światowymi liderami i potwierdzając, że wielkoskalowa produkcja masowa jest w zasięgu ręki.
W trakcie rozwoju przemysłu często pomijana jest kluczowa kwestia: SPG to nie tylko lepsze funkcjonowanie FOG, ale także platforma innowacyjna.zintegrowanie trzech żyroszyfów w jednym chipie w celu uzyskania pełnego 3D wykrywania ruchu, i połączenie ich z narzędziami kalibracyjnymi sterowanymi przez sztuczną inteligencję, aby tłumić hałas i dryfowanie w czasie rzeczywistym.
W przypadku autonomicznej jazdy oznacza to, że systemy nawigacyjne mogą działać niezależnie od GPS, utrzymując precyzyjne pozycjonowanie nawet w scenariuszach takich jak tunele lub miejskie kaniony.może zapewnić oświetleniu, bardziej niezawodne rozwiązania kontroli nastawienia dla satelitów i dronów.
Pod koniec dnia, SPG łączą dwie główne zalety: wysoką precyzję żyroskopów optycznych i skalowalność produkcji półprzewodników.Zespoły, które będą się w przyszłości wyróżniać w tej dziedzinie, muszą nie tylko opanować fizyczne zasady efektu Sagnaca, ale także opanować sztukę przekształcania projektów w skali laboratoryjnej w solidne rozwiązania.Z przełomem pozostałych technicznych wąskich gardeł,Jestem przekonany, że SPG staną się niewidzialnym podstawą wszystkich systemów nawigacyjnych, dążących do najwyższej precyzji..
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!
