Los giroscopios son dispositivos que ayudan a los vehículos, aviones no tripulados y dispositivos electrónicos portátiles y de mano a conocer su orientación en un espacio tridimensional. Son comunes en casi todas las tecnologías en las que confiamos todos los días. Originalmente, los giroscopios eran juegos de ruedas anidadas, cada uno girando en un eje diferente. Pero abra un teléfono celular hoy, y encontrará un sensor microelectromecánico MEMS, el equivalente de hoy en día, que mide los cambios en las fuerzas que actúan en dos masas idénticas que están oscilando y moviéndosedirecciones opuestas: estos giroscopios MEMS tienen una sensibilidad limitada, por lo que los giroscopios ópticos se han desarrollado para realizar la misma función pero sin partes móviles y con un mayor grado de precisión utilizando un fenómeno llamado efecto Sagnac.
¿Qué es el efecto Sagnac?
El efecto Sagnac, llamado así por el físico francés Georges Sagnac, es un fenómeno óptico enraizado en la teoría de la relatividad general de Einstein. Para crearlo, un haz de luz se divide en dos, y los haces gemelos viajan en direcciones opuestas a lo largo de un camino circular, luego se encuentran en el mismo detector de luz. La luz viaja a una velocidad constante, por lo que al girar el dispositivo, y con él el camino por el que viaja la luz, uno de los dos haces llega al detector antes que el otro.bucle en cada eje de orientación, este cambio de fase, conocido como el efecto Sagnac, se puede utilizar para calcular la orientación.
El problema
Los giroscopios ópticos de alto rendimiento más pequeños disponibles en la actualidad son más grandes que una pelota de golf y no son adecuados para muchas aplicaciones portátiles. Como los giroscopios ópticos se construyen cada vez más pequeños, también lo es la señal que captura el efecto Sagnac, lo que lo hace másy más difícil para el giroscopio detectar movimiento. Hasta ahora, esto ha impedido la miniaturización de giroscopios ópticos.
La invención
Los ingenieros de Caltech dirigidos por Ali Hajimiri, profesor Bren de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Médica en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, desarrollaron un nuevo giroscopio óptico que es 500 veces más pequeño que el dispositivo de vanguardia actual, sin embargo,puede detectar cambios de fase que son 30 veces más pequeños que esos sistemas. El nuevo dispositivo se describe en un artículo publicado en la edición de noviembre de Nature Photonics.
Cómo funciona
El nuevo giroscopio del laboratorio de Hajimiri logra este rendimiento mejorado mediante el uso de una nueva técnica llamada "mejora de la sensibilidad recíproca". En este caso, "recíproco" significa que afecta a ambos haces de luz dentro del giroscopio de la misma manera.El efecto Sagnac se basa en detectar una diferencia entre los dos haces a medida que viajan en direcciones opuestas, se considera no recíproco. Dentro del giroscopio, la luz viaja a través de guías de ondas ópticas miniaturizadas pequeños conductos que transportan luz, que realizan la misma función que los cables para la electricidad.Las imperfecciones en el camino óptico que pueden afectar los haces por ejemplo, fluctuaciones térmicas o dispersión de la luz y cualquier interferencia externa afectará a ambos haces de manera similar.
El equipo de Hajimiri encontró una manera de eliminar este ruido recíproco mientras dejaba intactas las señales del efecto Sagnac. La mejora de la sensibilidad recíproca mejora la relación señal / ruido en el sistema y permite la integración del giroscopio óptico en un chip más pequeño queun grano de arroz.
Los detalles
El documento se titula "Giroscopio óptico nanofotónico con mejora de la sensibilidad recíproca". El estudiante graduado Parham Khial es el autor principal, y el estudiante universitario Alexander White es coautor. Esta investigación fue financiada por la Iniciativa de Innovación Rothenberg.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Original escrito por Robert Perkins. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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