После почти десятилетия работы в области инерциальной навигации и кремниевой фотоники я пришел к выводу, что
Силициевые фотонические гироскопы (SPG)как одна из самых преобразующих технологий в области точного обнаружения, объединяющая производительность волоконно-оптических гироскопов (FOG) в крошечный кремниевый чип,Он тихо меняет границы возможностей в аэрокосмической отрасли., автономного вождения, глубоководных исследований и других секторов.
На протяжении многих лет традиционные ПГГ доминируют в высокоточных сценариях применения благодаря эффекту Сагнака,который обнаруживает вращательное движение путем измерения фазовой разницы между контрапропагантными световыми лучамиОднако у них есть фатальный недостаток для широкой популяризации: громоздкие конструкции с дискретными оптическими компонентами и ручными волокнами, в сочетании с высокими затратами,ограничить их нишевыми областями, такими как аэрокосмическая и национальная оборона.
Силиконовая фотоника полностью изменила этот ландшафт. используя производственные процессы CMOS, она интегрирует волноводы, разделители, модуляторы,и даже детекторы на одном кремниевом подложке, уменьшая размер настольной системы до размеров ногтей.Некоторые конструкции могут интегрировать основные компоненты на чип площадью 0,2 квадратных сантиметра, объем которого составляет лишь часть объема традиционных сборок FOG.
Что меня больше всего очаровывает, так это то, что эта миниатюризация не идет ценой точности.СПГ могут сопоставить стабильность традиционных ПГГ при значительном сокращении производственных затрат и весаЯ все еще помню проект 2024 года в сотрудничестве с глубоководной робототехнической компанией,где мы заменили их неуклюжий FOG прототипом SPG построенной на платформе волновода нитрида кремния.
Эффект был замечательным: СПГ уменьшил вес навигационной системы на 70%, выдержал экстремальное давление в 6000 метров глубины моря,и сохранили угловую точность до градуса, необходимую им. Прорыв, который традиционная оптическая технология никогда не смогла достичь..
Конечно, SPG не без проблем. Самая большая проблема, с которой мы сталкиваемся, - это подавление потери поляризации и потери сцепления: кремниевые волноводы имеют чрезвычайно маленький размер поля режима (около 0,05).5 микрометров)Без тщательного проектирования с использованием конических сцеплений или решетчатых конструкций произойдет "эффект воронки", вызывающий потерю света.
Чувствительность к температуре - еще одна сложная проблема. Кремний обладает сильным термооптическим эффектом, и небольшие колебания температуры могут искажать результаты измерения фаз.требующие точного контроля температуры или передовых алгоритмов компенсации в реальном времени.
Тем не менее, мы достигли значительного прогресса в области технологии гетерогенной интеграции, связанной с ниобатом лития или фосфидом индия к кремниевым субстратам для улучшения производительности модулятора.При этом применяется монолитный процесс интеграции "кремний на изоляторе (SOI) + нитрид кремния" для объединения пассивных устройств с низкими потерями с высокопроизводительными активными устройствами..
Внутренние предприятия также демонстрируют сильную динамику.Китайские производители, такие как CETC 14th Research Institute и Chongqing Zixingzhe Technology, расширяют производственные мощности микросхем SPG с помощью процессов кремниевой фотоники на 180 и 130 нм., постепенно сокращая разрыв с мировыми лидерами и подтверждая, что крупномасштабное массовое производство в пределах досягаемости.
На фоне индустриального бума часто упускается из виду один ключевой момент: СПГ - это не только более эффективные ПГГ, но и инновационная платформа.интеграция трех гироскопов в один чип для достижения полного 3D-ощущения движения, и сочетание их с инструментами калибровки на основе ИИ для подавления шума и дрейфа в режиме реального времени.
Для автономного вождения это означает, что навигационные системы могут работать независимо от GPS, поддерживая точное позиционирование даже в таких сценариях, как туннели или городские каньоны.Он может обеспечить более легкий, более надежные решения для управления положением спутников и беспилотников.
В конце концов, SPG сочетают в себе два основных преимущества: высокая точность оптических гироскопов и масштабируемость производства полупроводников.Команды, которые будут отличаться в этой области в будущем, должны не только овладеть физическими принципами эффекта Сагнака, но и овладеть искусством преобразования лабораторных проектов в надежныеС прорывом остающихся технических узких мест,Я твердо верю, что СПГ станут невидимой основой всех навигационных систем, стремящихся к высочайшей точности..
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!
