Depois de mais de uma década no campo da tecnologia de navegação inercial,Comecei a considerar os dispositivos integrados "quatro em um" como os heróis desconhecidos na evolução dos giroscópios de fibra óptica (FOG) que ultrapassam silenciosamente os gargalos de tamanho de longa data.Ao contrário dos componentes quatro-em-um nas indústrias de ecrãs ou semicondutores, os FOGs são mais eficientes e mais eficientes.Os projetados especificamente para FOGs servem a uma finalidade mais precisa: integração de funções ópticas e electrónicas essenciais num módulo compacto para liberar o potencial civil da tecnologia.
Os FOGs tradicionais dependem de componentes discretos fontes luminosas, acopladores, moduladores de fase e detectores cada um dos quais requer embalagem e calibração independentes.giros com excesso de peso mas também eleva os custos exponencialmenteO custo por grama dos primeiros FOGs excedeu até o do ouro, limitando a sua aplicação a mísseis, satélites e grandes navios.O surgimento dos dispositivos quatro em um mudou este cenário integrando estes quatro componentes principais num único módulo à base de silícioAproveitando a fotônica do silício e processos de integração heterogênea, a pegada de projetos de ponta pode ser reduzida a menos de 0,2 centímetros quadrados.apenas cerca de um décimo do tamanho de conjuntos discretos.
O que os não-profissionais muitas vezes ignoram é que os dispositivos FOG quatro em um não são combinações simples de componentes, mas cuidadosamente projetados para aliviar os principais pontos de dor na operação FOG.Por exemplo:, a integração do modulador de fase e do detector no mesmo substrato minimiza os erros de fase não recíprocos causados por flutuações de temperatura e vibrações mecânicas,que é crucial para manter a precisão angular sub-gradoEnquanto isso, simplifica o processo de alinhamento óptico, um passo demorado e trabalhoso na montagem tradicional de FOG que muitas vezes introduz erros humanos e reduz as taxas de rendimento.
Ainda me lembro de um projeto de 2024 com uma empresa de condução autónoma, onde substituímos um FOG de componentes discretos por um protótipo equipado com o nosso módulo fotónico de silício quatro em um.Os resultados foram transformadores.O peso do giroscópio foi reduzido em 65%, o consumo de energia em 40% e, o mais importante,o custo unitário caiu da faixa de dez mil yuans para a faixa de mil yuans, finalmente tornando a precisão do nível de FOG acessível a preços de giroscópio MEMSAperformou perfeitamente em testes em túneis e garagens subterrâneas sem sinais GPS, mantendo o posicionamento estável por mais de 20 minutos.
É claro que os dispositivos quatro em um para FOGs não são sem desafios. 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 phosphideA eficiência do acoplamento é outro grande problema: o tamanho do campo de modo dos guias de onda integrados é extremamente pequeno (cerca de 0,15 micrómetros),que requerem uma precisão de alinhamento submicrônica ao acoplarem-se com bobinas de fibras, que ultrapassou os limites de desempenho dos equipamentos de montagem automática.
A produção em massa inicial também enfrentou dificuldades de rendimento.O processo de várias etapas, desde a ligação da bolacha e a gravação do guia de ondas até à calibração final, significa que mesmo pequenas variações no processo podem tornar ineficaz todo o módulo.Passámos meses a otimizar o processo de integração monolítica de silício em isolador (SOI) + nitruro de silício.A Comissão considera que a aplicação do artigo 107.° do Tratado deve ser considerada como uma medida de salvaguarda do ambiente, em especial no que diz respeito ao ambiente..
É interessante notar que a percepção da indústria de tais dispositivos quatro em um sofreu uma transformação dramática.foram considerados um "compromisso" entre componentes discretos de alta precisão e MEMS de baixo custo; hoje, são reconhecidos como o principal facilitador da civilização do FOG, preenchendo a lacuna entre o desempenho aeroespacial e a rentabilidade comercial.
Os fabricantes nacionais têm estado na vanguarda neste domínio.Empresas como o 14o Instituto de Pesquisa CETC e a Chongqing Shuaiwei Technology otimizaram os módulos FOG quatro em um através de processos fotônicos de silício de 130 nm e 180 nm., alcançando uma estabilidade de desvio inferior a 0,1°/h para dispositivos produzidos em série a uma fracção do custo das contrapartes estrangeiras.Mesmo fabricantes regionais como a Chongqing United Microelectronics estão a expandir a capacidade de produção de chips de transceptor FOG integrados, consolidando a posição da China neste nicho de mercado crítico.
Estes dispositivos incorporam a verdade central do desenvolvimento de FOG: a miniaturização e o controlo dos custos não têm de vir à custa da precisão.Concentrar-se na integração a nível do sistema, em vez de actualizações de componentes individuais, os módulos "quatro em um" redefiniram os limites de aplicação dos FOGs." mas uma tecnologia fundamental que está a empurrar os FOGs para novos mercados, como a condução autónoma, robótica de profundidade e agricultura de precisão.
A experiência acumulada com os dispositivos FOG quatro em um está agora a influenciar o desenvolvimento de tecnologias de próxima geração, como os FOG de cristal fotónico.Estamos a aplicar o mesmo conceito de integração a desenhos de giroscópio tri-eixo, integrando três módulos de quatro em um em um único chip para alcançar a detecção de movimento 3D completa.Também torna estes módulos mais robustos em ambientes adversos..
Num campo obcecado com avanços na sensibilidade de fibras de bobina ou na velocidade do modulador, é fácil ignorar o impacto subestimado dos dispositivos quatro em um.Eles transformaram os FOGs de componentes aeroespaciais de nicho em acessíveis, ferramentas escaláveis e este processo provou que a integração, e não a melhoria de uma única métrica de desempenho, é a chave para inaugurar uma nova era da tecnologia de navegação inercial.A sua contribuição para popularizar a precisão do FOG ultrapassará até os projetos mais avançados da próxima geração..
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