Después de más de una década en el campo de la tecnología de navegación inercial,He llegado a considerar a los dispositivos integrados cuatro en uno como los héroes desconocidos en la evolución de los giroscopios de fibra óptica (FOG) que superan silenciosamente los cuellos de botella de larga data de tamaño.A diferencia de los componentes cuatro en uno en las industrias de pantallas o semiconductores, los FOG son una tecnología de alta tecnología que permite a los fabricantes de pantallas de alta calidad, de alta calidad y de alta fiabilidad.Los diseñados específicamente para los FOGs tienen un propósito más preciso.: integración de funciones ópticas y electrónicas básicas en un módulo compacto para liberar el potencial civil de la tecnología.
Los FOG tradicionales dependen de componentes discretos (fuentes de luz, acopladores, moduladores de fase y detectores), cada uno de los cuales requiere un envase y una calibración independientes.los giros con sobrepeso pero también aumenta los costos exponencialmenteEl coste por gramo de los primeros FOGs incluso superaba el del oro, limitando su aplicación a misiles, satélites y grandes buques.La aparición de los dispositivos cuatro en uno cambió este escenario al integrar estos cuatro componentes centrales en un único módulo basado en silicioAprovechando la fotónica de silicio y los procesos de integración heterogéneos, la huella de los diseños de gama alta puede reducirse a menos de 0,2 centímetros cuadrados.sólo alrededor de una décima parte del tamaño de los conjuntos discretos.
Lo que los no profesionales a menudo pasan por alto es que los dispositivos FOG cuatro en uno no son en absoluto simples combinaciones de componentes, sino que están cuidadosamente diseñados para aliviar los principales puntos débiles en la operación de FOG.Por ejemplo:, la integración del modulador de fase y el detector en el mismo sustrato minimiza los errores de fase no recíprocos causados por las fluctuaciones de temperatura y las vibraciones mecánicas,que es crucial para mantener la precisión angular sub-gradoMientras tanto, simplifica el proceso de alineación óptica, un paso que consume mucho tiempo y mano de obra en el ensamblaje tradicional de FOG que a menudo introduce errores humanos y reduce las tasas de rendimiento.
Todavía recuerdo un proyecto de 2024 con una compañía de conducción autónoma, donde reemplazamos un FOG de componentes discretos por un prototipo equipado con nuestro propio módulo fotónico de silicio cuatro en uno.Los resultados fueron transformadores.: el peso del giroscopio se redujo en un 65%, el consumo de energía en un 40%, y lo más importante,el costo unitario se redujo del rango de diez mil yuanes al rango de mil yuanes, finalmente haciendo que la precisión del nivel de FOG sea accesible a precios giroscópicos MEMSSe desempeñó perfectamente en pruebas en túneles y garajes subterráneos sin señales GPS, manteniendo un posicionamiento estable durante más de 20 minutos.
Por supuesto, los dispositivos cuatro en uno para FOG no están exentos de desafíos. 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 phosphideLa eficiencia del acoplamiento es otro problema importante: el tamaño del campo de modo de las guías de onda integradas es extremadamente pequeño (aproximadamente 0,15 micrómetros),que requieren una precisión de alineación submicrónica al acoplarse con bobinas de fibra, que ha empujado los límites de rendimiento de los equipos de montaje automatizados.
La producción en masa temprana también se enfrentó a dificultades de rendimiento.El proceso de múltiples pasos, desde la unión de las obleas y el grabado de la guía de onda hasta la calibración final, significa que incluso pequeñas variaciones en el proceso pueden hacer que todo el módulo sea ineficaz.Pasamos meses optimizando el proceso de integración monolítica de silicio en aislante (SOI) + nitruro de silicio.En última instancia, aumentando el rendimiento del 60% a más del 85% y sentando las bases para la producción comercial a gran escala.
Curiosamente, la percepción de la industria de estos dispositivos cuatro en uno ha experimentado una transformación dramática.se consideraron como un "compromiso" entre componentes discretos de alta precisión y MEMS de bajo costoHoy en día, son reconocidos como el principal facilitador de la civilización de la FOG, cerrando la brecha entre el rendimiento de grado aeroespacial y la rentabilidad comercial.
Los fabricantes nacionales han estado a la vanguardia en este campo.Empresas como el CETC 14th Research Institute y Chongqing Shuaiwei Technology han optimizado los módulos FOG cuatro en uno a través de procesos fotónicos de silicio de 130 nm y 180 nm., logrando una estabilidad de sesgo de menos de 0,1°/h para los dispositivos producidos en serie a una fracción del coste de los homólogos extranjeros.Incluso los fabricantes regionales como Chongqing United Microelectronics están expandiendo la capacidad de producción de chips transceptores FOG integrados, consolidando la posición de China en este nicho de mercado crítico.
Estos dispositivos encarnan la verdad central del desarrollo de FOG: la miniaturización y el control de costos no tienen que venir a expensas de la precisión.Centrarse en la integración a nivel del sistema en lugar de en las actualizaciones de componentes individuales, los módulos cuatro en uno han redefinido los límites de aplicación de los FOG." pero una tecnología fundamental que está empujando a los FOG a nuevos mercados como la conducción autónoma, robótica en aguas profundas y agricultura de precisión.
La experiencia acumulada con los dispositivos FOG cuatro en uno está influyendo ahora en el desarrollo de tecnologías de próxima generación, como los FOG de cristal fotónico.Estamos aplicando el mismo concepto de integración a los diseños giroscópicos de tres ejes, integrando tres módulos de cuatro en uno en un solo chip para lograr una detección de movimiento 3D completa.También hace que estos módulos sean más robustos en ambientes adversos..
En un campo obsesionado con los avances en la sensibilidad de las bobinas de fibra o la velocidad del modulador, es fácil pasar por alto el bajo impacto de los dispositivos cuatro en uno.Han transformado los FOG de componentes aeroespaciales de nicho en accesibles, herramientas escalables y este proceso ha demostrado que la integración, más que la mejora de una única métrica de rendimiento, es la clave para iniciar una nueva era de tecnología de navegación inercial.Su contribución a popularizar la precisión de FOG superará incluso los diseños más avanzados de la próxima generación..
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