अभियंत्यांनी जगातील सर्वात लहान प्रकाश-सेन्सिंग जायरोस्कोप तयार केले आहे जे सर्वात लहान पोर्टेबल आधुनिक तंत्रज्ञानामध्ये सहजपणे एकत्रित केले जाऊ शकते.
जायरोस्कोप आजच्या काळात आपण वापरत असलेल्या प्रत्येक तंत्रज्ञानामध्ये सामान्य आहेत. गायरोस्कोपचा वापर वाहने, ड्रोन आणि मोबाईल आणि वेअरेबल सारख्या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये केला जातो कारण ते त्रिमितीय (3D) जागेत उपकरणाचे योग्य अभिमुखता जाणून घेण्यास मदत करतात. मूलतः, जायरोस्कोप हे चाकाचे एक उपकरण आहे जे चाकाला वेगवेगळ्या दिशांना एका अक्षावर वेगाने फिरण्यास मदत करते. एक मानक ऑप्टिकल जायरोस्कोपमध्ये स्पूल केलेले ऑप्टिकल फायबर असते ज्यामध्ये पल्स लेसर प्रकाश असतो. हे घड्याळाच्या दिशेने किंवा विरुद्ध दिशेने चालते. याउलट, आधुनिक काळातील जायरोस्कोप हे सेन्सर आहेत, उदाहरणार्थ मोबाईल फोनमध्ये मायक्रोइलेक्ट्रोमेकॅनिकल सेन्सर (एमईएमएस) असतात. हे सेन्सर एकसारख्या वस्तुमानाच्या दोन घटकांवर कार्य करणार्‍या परंतु दोन भिन्न दिशांनी डगमगणार्‍या शक्तींचे मोजमाप करतात.
सॅग्नाक प्रभाव
आता मोठ्या प्रमाणावर वापरल्या जाणार्‍या सेन्सर्सची संवेदनशीलता मर्यादित आहे आणि त्यामुळे ऑप्टिकल जायरोस्कोप आवश्यक आहेत. एक महत्त्वपूर्ण फरक म्हणजे ऑप्टिकल जायरोस्कोप समान कार्य करण्यास सक्षम आहेत परंतु कोणत्याही जंगम भागांशिवाय आणि अधिक अचूकतेसह. हे सॅग्नाक इफेक्टद्वारे साध्य करता येते, ही एक ऑप्टिकल घटना आहे जी कोनीय वेगातील बदल शोधण्यासाठी आइन्स्टाईनच्या सामान्य सापेक्षतेच्या सिद्धांताचा वापर करते. सॅग्नाक इफेक्ट दरम्यान, लेसर प्रकाशाचा एक किरण दोन स्वतंत्र बीममध्ये मोडला जातो जो आता गोलाकार मार्गाने विरुद्ध दिशेने प्रवास करतो आणि शेवटी एका प्रकाश डिटेक्टरला भेटतो. हे फक्त तेव्हाच घडते जेव्हा डिव्हाइस स्थिर असेल आणि मुख्यतः प्रकाश स्थिर गतीने प्रवास करत असेल. तथापि, जर यंत्र फिरत असेल तर, प्रकाशाचा मार्ग देखील फिरतो ज्यामुळे दोन वेगळ्या बीम वेगळ्या वेळी प्रकाश डिटेक्टरपर्यंत पोहोचतात. या फेज शिफ्टला सॅग्नाक इफेक्ट म्हणतात आणि सिंक्रोनाइझेशनमधील हा फरक जायरोस्कोपद्वारे मोजला जातो आणि अभिमुखता मोजण्यासाठी वापरला जातो.
सॅग्नाक इफेक्ट सिग्नलमधील आवाजासाठी अतिशय संवेदनशील असतो आणि आसपासचा कोणताही आवाज जसे की लहान थर्मल चढउतार किंवा कंपने प्रवास करताना बीममध्ये व्यत्यय आणू शकतात. आणि जर जायरोस्कोप खूपच लहान आकाराचा असेल तर तो व्यत्यय येण्याची शक्यता जास्त असते. ऑप्टिकल जायरोस्कोप हे साहजिकच जास्त प्रभावी आहेत पण तरीही ऑप्टिकल जायरोस्कोपचे प्रमाण कमी करणे म्हणजे त्यांचा आकार कमी करणे हे एक आव्हान आहे, कारण ते जसे लहान होतात तसतसे त्यांच्या सेन्सर्समधून प्रसारित होणारे सिग्नल देखील कमकुवत होतात आणि नंतर सर्व विखुरलेल्या आवाजात हरवून जातात. प्रकाश यामुळे जायरोस्कोपला हालचाल शोधण्यात अधिक अडचण येते. या परिस्थितीने लहान ऑप्टिकल जायरोस्कोपच्या डिझाइनवर मर्यादा आणल्या आहेत. चांगली कामगिरी असलेले सर्वात लहान जायरोस्कोप किमान गोल्फ बॉलच्या आकाराचे असते आणि त्यामुळे लहान पोर्टेबल उपकरणांसाठी ते अनुपयुक्त असते.
लहान जायरोस्कोपसाठी नवीन डिझाइन
कॅलिफोर्निया इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी यूएसए मधील संशोधकांनी अत्यंत कमी आवाजासह एक ऑप्टिकल जायरोस्कोप तयार केला आहे जो MEMS सेन्सर्सऐवजी लेसर वापरतो आणि समतुल्य परिणाम प्राप्त करतो. मध्ये त्यांचा अभ्यास प्रकाशित झाला आहे निसर्ग फोटोनिक्स. त्यांनी एक लहान 2-चौरस-मिमी सिलिकॉन चिप घेतली आणि त्यावर प्रकाशाचे मार्गदर्शन करण्यासाठी एक चॅनेल स्थापित केला. हे चॅनेल वर्तुळाभोवती प्रत्येक दिशेने प्रवास करण्यासाठी प्रकाशाचे मार्गदर्शन करण्यास मदत करते. अभियंत्यांनी दोन डिस्क वापरून लेसर बीमचा मार्ग लांब करून परस्पर आवाज कमी केला. बीमचा मार्ग जसजसा लांब होत जातो, तेव्हा आवाजाचे प्रमाण कमी होते, परिणामी दोन बीम एकमेकांना भेटतात तेव्हा अचूक मापन होते. हे लहान डिव्हाइस वापरण्यास सक्षम करते परंतु तरीही अचूक परिणाम राखते. आवाज रद्द करण्यात मदत करण्यासाठी हे उपकरण प्रकाशाची दिशाही उलटते. या अभिनव गायरो सेन्सरला XV-35000CB असे नाव देण्यात आले आहे. सुधारित कार्यप्रदर्शन 'परस्पर संवेदनशीलता वाढ' पद्धतीद्वारे प्राप्त केले गेले. पारस्परिक म्हणजे प्रकाशाच्या दोन स्वतंत्र किरणांवर त्याच पद्धतीने परिणाम होत आहे. Sagnac प्रभाव या दोन बीममधील बदल शोधण्यावर आधारित आहे कारण ते विरुद्ध दिशेने प्रवास करत आहेत आणि हे परस्परविरोधी असण्यासारखे आहे. प्रकाश लहान ऑप्टिकल वेव्हगाइड्समधून प्रवास करतो जे विद्युत सर्किटमधील तारांप्रमाणेच प्रकाश वाहून नेतात. ऑप्टिकल मार्गातील कोणतीही अपूर्णता किंवा बाहेरील हस्तक्षेप दोन्ही बीमवर परिणाम करेल.
परस्परसंवेदनशीलता वाढवण्यामुळे सिग्नल-टू-आवाज गुणोत्तर सुधारते ज्यामुळे हे ऑप्टिकल जायरोस्कोप एका लहान चिपवर समाकलित केले जाऊ शकते, कदाचित नखांच्या टोकाच्या आकाराचे. हे लहान जायरोस्कोप सध्याच्या उपकरणांपेक्षा आकाराने किमान 500 पट लहान आहे परंतु सध्याच्या सिस्टीमपेक्षा 30 पट लहान फेज शिफ्ट यशस्वीरित्या शोधू शकते. हा सेन्सर मुख्यत्वे कॅमेऱ्यातील कंपन दुरुस्त करण्यासाठी सिस्टीममध्ये वापरला जाऊ शकतो. जायरोस्कोप आता वेगवेगळ्या क्षेत्रात अपरिहार्य आहेत आणि सध्याच्या संशोधनातून असे दिसून आले आहे की या प्रयोगशाळेच्या डिझाइनला व्यावसायिकरित्या उपलब्ध होण्यासाठी थोडा वेळ लागू शकतो तरीही लहान ऑप्टिकल जायरोस्कोप डिझाइन करणे शक्य आहे.
***
{उद्धृत स्रोतांच्या सूचीमध्ये खाली दिलेल्या DOI लिंकवर क्लिक करून तुम्ही मूळ शोधनिबंध वाचू शकता}
स्त्रोत
खिल पीपी एट अल 2018. नॅनोफोटोनिक ऑप्टिकल जायरोस्कोप परस्पर संवेदनशीलता वाढीसह. निसर्ग फोटोनिक्स. ५(१०). https://doi.org/10.1038/s41566-018-0266-5
***
