Żyroskop w układzie scalonym

Celem finansowanego ze środków UE projektu "Modular CMOS photonic integrated micro-gyroscope" (MERMIG) jest stworzenie układu zastępującego duży i ciężki żyroskop optyczny, co pozwoliłoby zwiększyć ładowność satelitów. Partnerzy projektu MERMIG (łącznie sześciu partnerów akademickich i jeden przemysłowy) budują do tego zastosowania mikrożyroskop, który będzie ważył niecały kilogram i zajmował tylko kilka centymetrów sześciennych.

Do stworzenia nowej generacji mikrożyroskopów zdolnych do pracy w ekstremalnych warunkach orbity geostacjonarnej wykorzystywane są najnowsze osiągnięcia w dziedzinie nanofotoniki układów krzemowych. Technologia CMOS używana do integrowania elementów elektronicznych i optycznych w jednym układzie jest w tym celu łączona z nanolitografią z odciskiem bezpośrednim.

Partnerzy projektu MERMIG adaptują obie technologie dla potrzeb układów czujników pracujących w kosmosie. W pierwszym okresie sprawozdawczym udało się skurczyć dużą i ciężką światłowodową wnękę optyczną do rozmiaru kilku milimetrów kwadratowych. Wszystkie kluczowe funkcje czujnika z wnęką optyczną udało się zintegrować w krzemowym układzie fotonicznym wielkości 4,84 mm x 1 mm. W następnym okresie sprawozdawczym układ zostanie rozwinięty w celu wykazania możliwości laserowania ramanowskiego.

Uczestnicy projektu MERMIG zbudowali ponadto laser 1550 nm umożliwiający dostarczanie mocy optycznej sięgającej 150 mW przy użyciu prądu zasilającego rzędu 1 A. Wykonano go metodą nanolitografii z odciskiem bezpośrednim i uzupełniono światłowodowym wzmacniaczem optycznym zwiększającym moc wyjściową. W konfiguracji wzmacniacza mocy z generatorem sterującym laser wraz ze wzmacniaczem nadaje się do trójosiowego wykrywania i różnorodnych zastosowań kosmicznych.

Dodawany do sygnału szum o wysokiej częstotliwości jest tak słaby, że nowy mikrożyroskop będzie się nadawać zarówno do satelitów naukowych, jak i telekomunikacyjnych. Przy okazji będzie również spełniać wymagania minimalizacji ciężaru stawiane łazikom używanym w misjach eksploracji planetarnej. Układy żyroskopów fotonicznych można produkować tanio i na dużą skalę, co otwiera obiecujące perspektywy przed europejskim przemysłem kosmicznym.