மிகச் சிறிய ஆப்டிகல் கைரோஸ்கோப்

பொறியாளர்கள் உலகின் மிகச்சிறிய ஒளி-உணர்திறன் கைரோஸ்கோப்பை உருவாக்கியுள்ளனர், இது சிறிய சிறிய நவீன தொழில்நுட்பத்துடன் எளிதாக ஒருங்கிணைக்கப்படலாம்.

கைரோஸ்கோப்புகள் இன்றைய காலகட்டத்தில் நாம் பயன்படுத்தும் ஒவ்வொரு தொழில்நுட்பத்திலும் பொதுவானது. முப்பரிமாண (3D) இடத்தில் ஒரு சாதனத்தின் சரியான நோக்குநிலையை அறிய உதவுவதால், கைரோஸ்கோப்புகள் வாகனங்கள், ட்ரோன்கள் மற்றும் மொபைல்கள் மற்றும் அணியக்கூடிய மின்னணு சாதனங்களில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. முதலில், கைரோஸ்கோப் என்பது ஒரு சக்கரத்தின் சாதனம் ஆகும், இது சக்கரம் வெவ்வேறு திசைகளில் அச்சில் வேகமாகச் சுழல உதவுகிறது. ஒரு தரநிலை ஆப்டிகல் கைரோஸ்கோப் ஒரு பல்ஸ் லேசர் ஒளியைச் சுமந்து செல்லும் ஸ்பூல் செய்யப்பட்ட ஆப்டிகல் ஃபைபரைக் கொண்டுள்ளது. இது கடிகார திசையில் அல்லது எதிரெதிர் திசையில் இயங்கும். இதற்கு நேர்மாறாக, நவீன கால கைரோஸ்கோப்புகள் சென்சார்கள், உதாரணமாக மொபைல் போன்களில் மைக்ரோ எலக்ட்ரோ மெக்கானிக்கல் சென்சார் (MEMS) உள்ளது. இந்த சென்சார்கள் ஒரே மாதிரியான வெகுஜனத்தின் இரண்டு உட்பொருளில் செயல்படும் ஆனால் இரண்டு வெவ்வேறு திசைகளில் அலைந்து கொண்டிருக்கும் சக்திகளை அளவிடுகின்றன.

சாக்னாக் விளைவு

இப்போது பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் சென்சார்கள் குறைந்த உணர்திறனைக் கொண்டுள்ளன ஆப்டிகல் கைரோஸ்கோப்புகள் தேவைப்படுகிறது. ஒரு முக்கியமான வித்தியாசம் என்னவென்றால், ஆப்டிகல் கைரோஸ்கோப்புகள் ஒரே மாதிரியான பணியை செய்ய முடியும், ஆனால் எந்த அசையும் பாகங்கள் இல்லாமல் மற்றும் அதிக துல்லியத்துடன். கோண வேகத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்களைக் கண்டறிய ஐன்ஸ்டீனின் பொது சார்பியல் கோட்பாட்டைப் பயன்படுத்தும் ஆப்டிகல் நிகழ்வான சாக்னாக் விளைவு மூலம் இது அடையப்படுகிறது. சாக்னாக் விளைவின் போது, ​​லேசர் ஒளியின் ஒரு கற்றை இரண்டு சுயாதீன கற்றைகளாக உடைக்கப்படுகிறது, அவை இப்போது ஒரு வட்டமான பாதையில் எதிர் திசைகளில் பயணிக்கின்றன, இறுதியில் ஒரு ஒளி கண்டறிதலில் சந்திக்கின்றன. சாதனம் நிலையானதாக இருந்தால் மற்றும் முக்கியமாக ஒளி நிலையான வேகத்தில் பயணிப்பதால் மட்டுமே இது நிகழ்கிறது. இருப்பினும், சாதனம் சுழன்று கொண்டிருந்தால், ஒளியின் பாதையும் சுழற்றப்படும், இதனால் இரண்டு தனித்தனி கற்றைகள் வெவ்வேறு நேரப் புள்ளியில் ஒளிக் கண்டறியும் கருவியை அடையும். இந்த கட்ட மாற்றம் சாக்னாக் விளைவு என்று அழைக்கப்படுகிறது, மேலும் இந்த ஒத்திசைவு வேறுபாடு கைரோஸ்கோப் மூலம் அளவிடப்படுகிறது மற்றும் நோக்குநிலையைக் கணக்கிடப் பயன்படுகிறது.

சக்னாக் விளைவு சிக்னலில் உள்ள சத்தத்திற்கு மிகவும் உணர்திறன் கொண்டது மற்றும் சிறிய வெப்ப ஏற்ற இறக்கங்கள் அல்லது அதிர்வுகள் போன்ற சுற்றியுள்ள எந்த சத்தமும் அவை பயணிக்கும்போது கற்றைகளை சீர்குலைக்கும். கைரோஸ்கோப் கணிசமாக சிறியதாக இருந்தால், அது இடையூறு ஏற்படுவதற்கான வாய்ப்புகள் அதிகம். ஆப்டிகல் கைரோஸ்கோப்புகள் மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கும், ஆனால் ஆப்டிகல் கைரோஸ்கோப்புகளை அளவிடுவது இன்னும் சவாலாக உள்ளது, அதாவது அவற்றின் அளவைக் குறைப்பது, ஏனெனில் அவை சிறியதாகும்போது அவற்றின் சென்சார்களில் இருந்து அனுப்பப்படும் சிக்னலும் பலவீனமடைந்து பின்னர் சிதறிய சத்தத்தில் தொலைந்துவிடும். ஒளி. இது கைரோஸ்கோப் இயக்கத்தைக் கண்டறிவதில் அதிக சிரமத்தை ஏற்படுத்துகிறது. இந்த காட்சியானது சிறிய ஆப்டிகல் கைரோஸ்கோப்புகளின் வடிவமைப்பைக் கட்டுப்படுத்தியுள்ளது. சிறந்த செயல்திறன் கொண்ட சிறிய கைரோஸ்கோப் குறைந்தபட்சம் ஒரு கோல்ஃப் பந்தின் அளவு மற்றும் சிறிய சிறிய சாதனங்களுக்கு பொருந்தாது.

சிறிய கைரோஸ்கோப்பிற்கான புதிய வடிவமைப்பு

அமெரிக்காவின் கலிபோர்னியா இன்ஸ்டிடியூட் ஆப் டெக்னாலஜி ஆராய்ச்சியாளர்கள், MEMS சென்சார்களுக்குப் பதிலாக லேசரைப் பயன்படுத்தி, மிகக் குறைந்த சத்தத்துடன் கூடிய ஆப்டிகல் கைரோஸ்கோப்பை வடிவமைத்துள்ளனர். அவர்களின் ஆய்வு வெளியிடப்பட்டுள்ளது நேச்சர் ஃபோட்டானிக்ஸ். அவர்கள் ஒரு சிறிய 2-சதுர-மிமீ சிலிக்கான் சிப்பை எடுத்து அதில் ஒளியை வழிநடத்த ஒரு சேனலை நிறுவினர். ஒரு வட்டத்தைச் சுற்றி ஒவ்வொரு திசையிலும் ஒளி பயணிக்க இந்த சேனல் உதவுகிறது. இரண்டு வட்டுகளைப் பயன்படுத்தி லேசர் கற்றைகளின் பாதையை நீட்டிப்பதன் மூலம் பொறியாளர்கள் பரஸ்பர சத்தத்தை களைந்தனர். கற்றையின் பாதை நீளமாகும்போது, ​​இரண்டு கற்றைகளும் சந்திக்கும் போது துல்லியமான அளவீட்டின் விளைவாக சத்தத்தின் அளவு சமப்படுத்தப்படுகிறது. இது சிறிய சாதனத்தைப் பயன்படுத்துவதைச் செயல்படுத்துகிறது, ஆனால் இன்னும் துல்லியமான முடிவுகளைப் பராமரிக்கிறது. இரைச்சலை நீக்குவதற்கு உதவுவதற்காக, சாதனம் ஒளியின் திசையையும் மாற்றுகிறது. இந்த புதுமையான கைரோ சென்சார் XV-35000CB என்று பெயரிடப்பட்டுள்ளது. மேம்படுத்தப்பட்ட செயல்திறன் 'பரஸ்பர உணர்திறன் மேம்பாடு' முறை மூலம் அடையப்பட்டது. பரஸ்பரம் என்பது இரண்டு சுயாதீன ஒளிக்கற்றைகளை ஒரே மாதிரியாக பாதிக்கிறது. சாக்னாக் விளைவு இந்த இரண்டு கற்றைகளுக்கு இடையேயான மாற்றத்தைக் கண்டறிவதை அடிப்படையாகக் கொண்டது, ஏனெனில் அவை எதிரெதிர் திசைகளில் பயணிக்கின்றன, மேலும் இது பரஸ்பரம் அல்ல. மின்சுற்றில் உள்ள கம்பிகளைப் போலவே ஒளியைக் கொண்டு செல்லும் சிறிய வழித்தடங்களான மினி ஆப்டிகல் அலை வழிகாட்டிகள் வழியாக ஒளி பயணிக்கிறது. ஆப்டிகல் பாதையில் ஏதேனும் குறைபாடுகள் அல்லது வெளிப்புற குறுக்கீடு இரண்டு கற்றைகளையும் பாதிக்கும்.

பரஸ்பர உணர்திறன் மேம்பாடு சிக்னல்-டு-இரைச்சல் விகிதத்தை மேம்படுத்துகிறது, இந்த ஆப்டிகல் கைரோஸ்கோப்பை ஒரு சிறிய சிப்பில் ஒருங்கிணைக்க உதவுகிறது. இந்த சிறிய கைரோஸ்கோப் தற்போதுள்ள சாதனங்களை விட குறைந்தது 500 மடங்கு சிறியது ஆனால் தற்போதைய அமைப்புகளை விட 30 மடங்கு சிறிய கட்ட மாற்றங்களை வெற்றிகரமாக கண்டறிய முடியும். கேமராவின் அதிர்வுகளை சரிசெய்ய இந்த சென்சார் முதன்மையாக கணினிகளில் பயன்படுத்தப்படலாம். கைரோஸ்கோப்புகள் இப்போது வெவ்வேறு துறைகளில் இன்றியமையாதவை மற்றும் தற்போதைய ஆய்வுகள் சிறிய ஆப்டிகல் கைரோஸ்கோப்களை வடிவமைக்க முடியும் என்பதைக் காட்டுகிறது, இருப்பினும் இந்த ஆய்வக வடிவமைப்பு வணிக ரீதியாக கிடைக்க சிறிது நேரம் ஆகலாம்.

***

{மேற்கோள் காட்டப்பட்ட ஆதாரங்களின் பட்டியலில் கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ள DOI இணைப்பைக் கிளிக் செய்வதன் மூலம் அசல் ஆய்வுக் கட்டுரையைப் படிக்கலாம்}

ஆதாரம் (ங்கள்)

கியால் பிபி மற்றும் பலர் 2018. பரஸ்பர உணர்திறன் மேம்பாட்டுடன் கூடிய நானோபோடோனிக் ஆப்டிகல் கைரோஸ்கோப். நேச்சர் ஃபோட்டானிக்ஸ். 12(11) https://doi.org/10.1038/s41566-018-0266-5

***