Naučnici iz Nacionalnih laboratorija Sandia rade na senzoru pokreta toliko preciznom da bi mogao značajno smanjiti oslanjanje zemlje na GPS satelite. Ranije bi takav senzor – sposoban da bude hiljadu puta osjetljiviji od današnjih uređaja za navigaciju – zauzimao prostor kamiona u pokretu. Međutim, novi tehnološki napredak brzo smanjuje veličinu i cijenu ovog sofisticiranog sistema.
Prvi put, naučnici su uspješno iskoristili silicijumske fotonske mikročipove za primjenu kvantne tehnike mjerenja poznate kao atomska interferometrija, ultra-precizan način mjerenja ubrzanja. Ovo dostignuće predstavlja važan korak ka razvoju kvantnog kompasa, dizajniranog za navigaciju u uslovima kada GPS signal nije dostupan.
„Koristeći principe kvantne mehanike, ovi napredni senzori pružaju neuporedivu tačnost u mjerenju ubrzanja i ugaone brzine, omogućavajući pouzdanu navigaciju čak i u oblastima bez GPS-a,“ objasnio je naučnik iz Sandie, Jongmin Li.
Tipično, atomski interferometar je veliki uređaj koji može zauzeti cijelu prostoriju. Potpun kvantni kompas, ili preciznije kvantna inercijalna mjerna jedinica (IMU), zahtijevao bi šest takvih interferometara. Međutim, Li i njegov tim rade na smanjenju veličine, težine i energetskih potreba ovog sistema. Na primjer, zamijenili su glomaznu vakuumsku pumpu velikog kapaciteta kompaktnom vakuumskom komorom veličine avokada i integrisali nekoliko komponenti – koje su obično raštrkane po optičkom stolu – u jednu čvrstu strukturu.
U srcu ovog napretka nalazi se novi laserski modulator na mikročipu. Za razliku od konvencionalnih laserskih sistema, koji mogu biti veliki poput frižidera, ovaj novi sistem je dovoljno robustan da izdrži jake vibracije. Tim iz Sandie koristi četiri modulatora da bi podešavao frekvenciju jednog lasera za različite funkcije interferometra.
Jedan od uobičajenih problema kod modulatora je stvaranje neželjenih odjeka, poznatih kao bočni opsezi. Novi modulator iz Sandie, koji koristi potisnuti nosač sa jednostrukim bočnim opsegom, smanjuje ove bočne opsege za nevjerovatnih 47,8 decibela, što dovodi do smanjenja smetnji gotovo 100.000 puta.
Pored veličine, cijena je bila veliki izazov za široku primjenu kvantne navigacione tehnologije. Svakom atomskom interferometru je potreban laserski sistem, a laserskom sistemu su potrebni modulatori. „Jedan veliki komercijalno dostupan modulator može koštati više od 10.000 dolara,“ rekao je Li.
Miniaturizacijom ovih komponenti u silicijumske fotonske čipove, tim značajno smanjuje troškove.
„Možemo proizvesti stotine modulatora na jednoj 8-inčnoj ploči, a još više na 12-inčnoj ploči,“ dodao je naučnik iz Sandie, Ašok Kodigala.
Koristeći isti proces proizvodnje kao i moderni računarski čipovi, ovi sofisticirani, višekanalni modulatori s dodatnim prilagođenim karakteristikama mogu se masovno proizvoditi po znatno nižoj cijeni od trenutnih komercijalnih modela, čineći kvantne inercijalne mjerne jedinice pristupačnijima, istakao je Li.
Kako se tehnologija približava spremnosti za upotrebu na terenu, tim istražuje i druge primjene osim navigacije. Razmatraju da li bi sistem mogao pomoći u otkrivanju podzemnih šupljina ili resursa detektovanjem sitnih promjena u gravitacionoj sili Zemlje. Takođe vide potencijal za optičke komponente koje su razvili, uključujući modulator, u primjenama poput LIDAR-a, kvantnog računarstva i optičkih komunikacija.
(Izvor)
Foto: Četvorokanalni modulator sa jednim bočnim opsegom na bazi silicijumske fotonike, iz Nacionalne laboratorije Sandia, veličine 8 milimetara sa svake strane, sa zelenim Sandijinim logom ptice gromovnice, nalazi se u pakovanju koje sadrži optičke fibre, žičane veze i keramičke pinove. (Fotografija: Craig Fritz)
