新型芯片级陀螺仪可测极慢速旋转

IT时代网10月17日消息，据科技日报报道，美国加州大学圣巴巴拉分校与加州理工学院的科学家研制出一款芯片级环形激光陀螺仪，可测出低至每小时 37 度的旋转。这一灵敏度与地球自转速率（每小时约 15 度）处于同一量级，有望为 GPS 信号缺失环境下的精确导航与定向提供新方案。相关论文已发表于最新一期《光学快报》杂志。

陀螺仪通过测量物体的旋转角速度，帮助确定其方位与运动状态。智能手机等日常设备所用的芯片级陀螺仪灵敏度有限，难以满足飞机导航等更高要求。

这款新陀螺仪把布里渊激光陀螺方案与氮化硅平台上的布里渊芯片激光器结合起来，在兼容标准 CMOS 工艺的结构中实现了高灵敏度，且仅需毫瓦级光功率。

布里渊激光陀螺的核心是一个环形微谐振腔，能以极低损耗约束光场，让光在腔内多次循环，从而对旋转引起的微小变化极为敏感。氮化硅属于低损耗光波导材料，其光子电路与标准 CMOS 工艺兼容，使器件更小、更易制造。由此制成的芯片级布里渊激光器能输出高度稳定、窄线宽的激光，让系统得以捕捉旋转引发的细微频移。

两种技术相融合后，新陀螺仪能测出以往集成方案无法捕捉的极慢旋转，也向全集成激光陀螺仪迈进一步。为测试其性能，团队把封装后直径仅数厘米的芯片置于小型压电旋转台上，以一组测试频率往复转动，并用独立的光学干涉仪测出真实运动与陀螺仪读数比对。结果显示，陀螺仪输出响应呈良好线性，可测出每小时 37 度的旋转。这表明将 CMOS 兼容工艺、超高光学 Q 值与大尺寸谐振腔相结合，能够造出高灵敏度的光学陀螺仪。

随着技术演进，这类光学陀螺仪有望把高精度光学传感装进紧凑的芯片设备，为汽车、航空与航天提供可规模化部署、高可靠性的传感方案。

编辑：林一舟