Erittäin herkkä sirutason gyroskooppi

(23.10.2026) Tutkijat ovat kehittäneet sirumittakaavan optisen rengaslasergyroskoopin, joka pystyy mittaamaan jopa 37 asteen pyörimisnopeuden tunnissa. Tämä ennätysherkkyys, joka lähestyy Maan pyörimisnopeutta 15 astetta tunnissa, voisi lopulta olla hyödyllinen tarkkuusnavigointi- ja suuntausjärjestelmissä, erityisesti tilanteissa, joissa GPS ei ole käytettävissä.

”Uusi gyroskooppimme yhdistää useita edistyneitä teknologioita saavuttaakseen korkean herkkyystason tavalla, joka voidaan valmistaa CMOS-sirujen standardimenetelmillä ja käyttää vain milliwatteja optista tehoa”, sanoo Daniel J. Blumenthal, joka johti tutkimusryhmää Kalifornian yliopistosta Santa Barbarasta. ”Täysin integroitu optinen gyroskooppi ei olisi ainoastaan pienempi kuin nykyiset järjestelmät, vaan siinä ei myöskään olisi liikkuvia osia, joten se olisi erittäin kestävä tärinälle ja iskuille.”

Tutkimusjulkaisussa tutkijat kuvaavat uutta laitetta, joka perustuu erityiseen, vähän kohinaa tuottavaan laseriin, joka on valmistettu piinitridi-aaltojohtimista tehdyn fotonisen integroidun piirin avulla. Sen herkkyys on lähes 2 000-kertainen parannus tutkijoiden aiempaan piinitridi-Brillouin-gyroskooppiin verrattuna, joka mittasi pyörimistä 72 000 astetta tunnissa.

”Kehityksen jatkuessa tämäntyyppinen optinen gyroskooppi voisi lopulta tuoda optisten gyroskooppien erittäin tarkan tunnistuksen kompakteihin, sirupohjaisiin laitteisiin”, sanoi Kerry Vahala, joka johti tutkimusryhmää Kalifornian teknillisestä instituutista. ”Se voisi tarjota massatuotettavamman ja kestävämmän laitteen autoihin, lentokoneisiin ja avaruusaluksiin.”

Vahalan tutkimusryhmän kehittämä gyroskooppimenetelmä perustuu renkaanmuotoiseen mikroresonaattoriin, joka pystyy pidättämään valoa hyvin vähäisin häviöin ja jolla on korkea laatukerroin (Q-kerroin), joka mittaa sitä, kuinka hyvin rengas pidättää valoa. Tämä mahdollistaa valon kiertämisen useita kertoja, mikä tekee siitä erittäin herkän pienille pyörimisen aiheuttamille muutoksille.

Gyroskoopin vaste liikkeeseen oli lineaarinen, ja tutkijat pystyivät mittaamaan jopa 37 asteen kiertoa tunnissa. Tämä osoitti, että yhdistämällä CMOS-yhteensopivaa teknologiaa ja erittäin korkeaa optista Q-arvoa sekä erittäin suuria optisia resonaattoreita voidaan valmistaa erittäin herkkä optinen gyroskooppi.

Tutkijat työskentelevät nyt laitteen materiaalin ja resonaattorin parantamiseksi, jotta vähemmän ei-toivottua pumpun valoa siroaisi taaksepäin, mikä tekisi mittauksesta vakaamman. He aikovat sitten pakata järjestelmän yhdeksi kompaktiksi yksiköksi laboratorion ulkopuolista testausta varten.

Lopuksi kaikkien lasereiden, valoilmaisimien ja muiden gyroskooppikomponenttien integrointi samalle sirulle käyttämällä täydellistä fotonista integrointiprosessia mahdollistaa täydellisen laseroptisen gyroskoopin rakentamisen sirulle.

Aiheesta aiemmin:

Makroskooppinen magneetti presessoi

Pienten lentäjien lennonhallintaa