加州大学圣塔芭芭拉分校和加州理工的团队,在《光学快报》发了个成果:芯片级光学陀螺仪,能测到每小时37度的旋转。
地球自转是每小时15度。这个芯片,已经摸到地球自转的门槛。以前芯片级器件只能测到每小时七万多度,这次灵敏度提升近2000倍。
陀螺仪,就是感知旋转的“内耳”
手机里有,只能感知大动作。飞机、导弹用的高端陀螺,是光纤陀螺或环形激光陀螺,体积大、价格贵。能不能把它们做到芯片上?难。
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光学陀螺靠两束光在环形跑道里反向跑。旋转时,一束路变长,一束变短,频率出现微小差异。环越大越灵敏。芯片上环小,差异小到测不出来。
这次他们做了24毫米的环。比一般芯片结构大,但仍是芯片级。用硅氮化物波导,光几乎不丢。再用布里渊激光技术,把噪声压到极低。两束反向光跑起来,旋转产生的频率差被抓住。用标准CMOS工艺做,毫瓦级光功率,没有运动部件,抗震动。
导航战已经打响
GPS会被干扰、欺骗。大国都在找不依赖卫星的导航。
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美国空军研究实验室支持了这次研究,DARPA也在推芯片级陀螺。欧洲的法国Exail在做光纤陀螺和量子陀螺,空客把它往飞机导航上装。日本NTT、东京大学在硅光集成上发力。
谁先把高精度陀螺做进芯片,谁就能在自动驾驶、无人机、导弹上占先。
中国差在哪
中国在传统光纤陀螺和激光陀螺上,工程化很强。航天科工、中航工业的惯性导航产品,已经用在导弹、飞机、卫星上。成本低,产业链全。
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但在芯片级高灵敏光学陀螺上,中国还在追。清华、北大、中科院半导体所、上海微系统所、电子科大、浙大都有团队做硅光、微腔、微纳光学陀螺。北航在原子陀螺、量子传感上有积累。
不用妄自菲薄。中国有最大的应用市场,一旦突破,迭代速度会很快。
再快一步,意味着什么
灵敏度再提高三个数量级,就到导航级。到那时,每架无人机、每枚导弹、每辆汽车,都能不靠GPS知道自己在哪。GPS被关掉,武器照样精准打击。
卫星导航加惯性导航,谁掌握芯片级高精度陀螺,谁就握住自主导航的命门。这场竞赛,中国必须补课,但手里的工程化和市场牌,不差。
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