В Калтехе сконструирован оптический гироскоп размером с рисовое зерно

Гироскопы, помогающие портативным гаджетами и дронам ориентироваться в трёхмерном пространстве, сегодня имеют мало общего с классическими платформами из нескольких роторов, вращающихся вокруг взаимно перпендикулярных осей. Нынешние микроэлектромеханические (MEMS) сенсоры работают, сравнивая силы, действующие на два объекта идентичной массы, движущиеся в противоположных направлениях.

По своей чувствительности MEMS-гироскопы намного уступают оптическим аналогам, основанным на использовании эффекта Саньяка — два луча проходят кольцевой волновод в противоположных направлениях за разное время если этот контур вращается. Это оптическое явление было описано французским физиком Жоржем Саньяком (Georges Sagnac) и объясняется общей теорией относительности Эйнштейна.

До сих пор оптические гироскопы было сложно использовать в портативных приложениях из-за проблем с миниатюризацией этой технологии. При уменьшении габаритов такого устройства вместе с ними ослабевает сигнал, принимаемый сенсором гироскопа, и всё сложнее становится регистрировать движения.

Инженеры Калифорнийского технологического института (Калтех) во главе с профессором Али Хаджимири (Ali Hajimiri) разработали оптический гироскоп новой конструкции. Он в 500 раз меньше самого миниатюрного из современных аналогов (размером с мяч для гольфа), но при этом превосходит тот по чувствительности в 30 раз.

Добиться такого прогресса позволил новый метод «усиления обоюдной чувствительности». Как объясняется в статье, опубликованной в Nature Photonics, из-за использования одного и того же кольцевого волновода, неоднородности в нём, температурные флуктуации и прочие внешние факторы вносят одинаковые помехи в лучи, движущиеся навстречу друг другу.

В лаборатории Хаджимири нашли способ отфильтровывать такой взаимный шум, сохраняя нетронутыми сигналы, отвечающие за эффект Саньяка. Это позволило кардинально улучшить соотношение сигнал-шум и сделало возможным интеграцию оптического гироскопа в чип, размерами меньше зёрнышка риса.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365