旋转灯：世界上最小的光学陀螺仪

陀螺仪是帮助车辆，无人机和可穿戴设备以及手持式电子设备了解其在三维空间中的方向的设备。它们在我们每天依赖的几乎所有技术中都很常见。最初，陀螺仪是一组嵌套的轮子，每个轮子在不同的轴上旋转。但是今天开了一部手机，你会发现一种微电子机械传感器(MEMS)，它是现代的等效传感器，可以测量作用在两个相同质量上的力的变化，这两个质量是在相反方向上振荡和运动的。这些MEMS陀螺仪的灵敏度受到限制，因此光学陀螺仪已被开发用于执行相同的功能，但没有移动部件，并且使用称为Sagnac效应的现象具有更高的精度。

什么是Sagnac效应?

Sagnac效应以法国物理学家Georges Sagnac的名字命名，是一种植根于爱因斯坦广义相对论的光学现象。为了创建它，一束光被分成两束，并且双束沿着圆形路径以相反的方向行进，然后在相同的光检测器处相遇。光以恒定的速度传播，因此旋转设备 - 以及光传播的路径 - 使两个光束中的一个光束在另一个之前到达检测器。通过每个定向轴上的环路，这种相移(称为Sagnac效应)可用于计算方向。

问题

目前市场上最小的高性能光学陀螺仪比高尔夫球大，不适合许多便携式应用。随着光学陀螺仪越来越小，捕获Sagnac效应的信号也越来越小，这使得陀螺仪检测运动越来越困难。到目前为止，这阻止了光学陀螺仪的小型化。

本发明

由工程和应用科学部电气工程和医学工程Bren教授Ali Hajimiri领导的Caltech工程师开发出一种新型光学陀螺仪，它比目前最先进的设备小500倍，但他们可以检测到相移比这些系统小30倍。新设备在11月出版的Nature Photonics上发表的论文中有所描述。

这个怎么运作

来自Hajimiri实验室的新型陀螺仪采用了一种称为“相互灵敏度增强”的新技术，从而实现了这种改进的性能。在这种情况下，“倒数”意味着它以相同的方式影响陀螺仪内的两个光束。由于Sagnac效应依赖于检测两个光束在相反方向上行进时的差异，因此它被认为是非互易的。在陀螺仪内部，光线通过微型光学波导(携带光的小导管，执行与电线相同的功能)。光路中可能影响光束的缺陷(例如，热波动或光散射)和任何外部干扰将同样影响两个光束。

Hajimiri的团队找到了一种方法来消除这种倒数噪声，同时保留Sagnac效应的信号。相互的灵敏度增强因此改善了系统中的信噪比，并使光学陀螺仪能够集成到小于一粒米的芯片上。