Após quase uma década nos domínios da navegação inercial e da fotónica de silício, cheguei a considerar que a navegação por inércia não é um problema de grande importância.
Cirros fotónicos de silício (SPG)como uma das tecnologias mais transformadoras na detecção de precisão, que reúne o desempenho dos giros de fibra óptica (FOG) num pequeno chip de silício,Está silenciosamente a remodelar os limites do que é possível na indústria aeroespacial., condução autónoma, exploração de águas profundas e outros sectores.
Durante anos, os FOGs tradicionais dominaram cenários de aplicação de alta precisão graças ao efeito Sagnac,que detecta o movimento de rotação através da medição da diferença de fase entre os feixes de luz contra-propagantesNo entanto, eles têm uma falha fatal para a popularização em larga escala: projetos volumosos com componentes ópticos discretos e fibras empilhadas à mão, juntamente com os altos custos,limitá-los a nichos como a aeroespacial e a defesa nacional.
A fotónica do silício mudou completamente este panorama.e até mesmo detectores num único substrato de silício, reduzindo um sistema do tamanho de um computador ao tamanho de uma unha.Alguns projetos podem integrar componentes do núcleo num chip de 0,2 centímetros quadrados, com um volume apenas uma fração do dos conjuntos FOG tradicionais.
O que mais me fascina é que esta miniaturização não vem à custa da precisão.Os SPG podem igualar a estabilidade dos FOG tradicionais, reduzindo significativamente os custos de produção e o pesoAinda me lembro de um projeto de 2024 em colaboração com uma empresa de robótica de águas profundas,onde substituímos o FOG desajeitado por um protótipo de SPG construído numa plataforma de guia de ondas de nitruro de silício.
O efeito foi notável: o SPG reduziu o peso do sistema de navegação em 70%, resistiu à pressão extrema de 6.000 metros de profundidade,e manteve a precisão angular sub-grado que eles exigiram um avanço que a tecnologia óptica tradicional nunca poderia alcançar.
O maior problema que enfrentamos é a supressão da perda de polarização e da perda de acoplamento: os guias de onda de silício têm um tamanho de campo de modo extremamente pequeno (cerca de 0,05 mm).5 micrómetros)Sem um projeto cuidadoso usando acopladores cônicos ou estruturas de grade, um "efeito funil" ocorrerá, causando perda de luz.
A sensibilidade à temperatura é outra questão complicada. O silício tem um forte efeito termo-óptico e pequenas flutuações de temperatura podem distorcer os resultados da medição de fase.que exijam um controlo preciso da temperatura ou algoritmos avançados de compensação em tempo real.
No entanto, fizemos progressos significativos na tecnologia de integração heterogênea de ligação de niobato de lítio ou fosfeto de ínio a substratos de silício para melhorar o desempenho do modulador,ao adoptar o processo de integração monolítica "sílico sobre isolador (SOI) + nitruro de silício" para combinar dispositivos passivos de baixa perda com dispositivos ativos de alto desempenho.
As empresas nacionais também estão a demonstrar um forte impulso.Fabricantes chineses como o CETC 14th Research Institute e Chongqing Zixingzhe Technology estão expandindo a capacidade de produção de chips SPG através de processos fotônicos de silício de 180 nm e 130 nm, reduzindo gradualmente a diferença com os líderes mundiais e confirmando que a produção em massa em larga escala está ao alcance.
No meio do boom da indústria, um ponto-chave é muitas vezes negligenciado: os SPG não são apenas FOGs de melhor desempenho, mas uma plataforma de inovação.Integração de três giros em um único chip para obter sensores de movimento 3D completos, e combiná-los com ferramentas de calibração baseadas em IA para suprimir ruído e deriva em tempo real.
Para a condução autónoma, isto significa que os sistemas de navegação podem funcionar independentemente do GPS, mantendo um posicionamento preciso mesmo em cenários como túneis ou cânions urbanos.pode fornecer mais leve, soluções de controlo de atitude mais fiáveis para satélites e drones.
No final do dia, os SPG combinam duas grandes vantagens: a alta precisão dos giros ópticos e a escalabilidade da fabricação de semicondutores.As equipas que se destacarão neste campo no futuro não só devem dominar os princípios físicos do efeito Sagnac, mas também compreender a arte de transformar projetos em escala de laboratório em robustos, chips de custo controlado que podem adaptar-se a ambientes complexos do mundo real.Acredito firmemente que os SPG se tornarão a espinha dorsal invisível de todos os sistemas de navegação que buscam a máxima precisão..
Por favor verifique seu email!
