Selon un groupe de scientifiques dirigé par le Dr Li Ge du CUNY’s College of Staten Island, une paire d’ondes lumineuses pourrait être la clé pour créer le plus petit gyroscope du monde.
D’autres études sont nécessaires pour prendre en compte la possibilité que de nombreux modes, ou chemins lumineux, existent simultanément dans la cavité, ont déclaré le Dr Ge et ses collègues. Leurs modèles d’émission en champ lointain peuvent changer de différentes manières, ce qui entraîne une réduction de la sensibilité à la rotation. Crédit image : Li Ge et al.
Les gyroscopes alimentés par la lumière ont révolutionné la mesure de précision de la rotation grâce à leur fiabilité à long terme et à leur taille compacte.
Ces dispositifs ont été largement utilisés pour les avions civils et militaires ainsi que pour les satellites, les fusées et la navigation nautique.
Les ingénieurs ont utilisé deux approches pour fabriquer des gyroscopes optiques, toutes deux basées sur l’effet Sagnac.
La première utilise une cavité optique – une structure artificielle sur un cristal – pour confiner la lumière et la seconde utilise une fibre optique pour guider la lumière.
La seconde approche a été, à ce jour, la plus pratique car sa sensibilité peut être facilement améliorée en utilisant des sections plus longues de fibre optique, certaines pouvant atteindre 5 km de long. Ces longueurs de fibre sont ensuite enroulées autour d’un objet d’environ 5 cm de diamètre, ce qui permet d’obtenir une taille plus facile à gérer.
Bien que ce système soit sensible à la rotation, il existe des limites pratiques à la longueur de la fibre et à la taille de l’objet à enrouler avant que la fibre elle-même ne soit endommagée.
Pour aller vraiment petit, les cavités optiques semblent être l’option préférable, où l’effet Sagnac se manifeste comme un changement de couleur subtil.
Le problème, cependant, est que la sensibilité de ce type de gyroscopes optiques se dégrade à mesure que la cavité devient plus petite.
Le Dr Ge et ses collègues ont pu surmonter ce problème en utilisant un principe très différent basé sur l’émission en champ lointain.
Plutôt que de mesurer directement le changement de couleur des ondes lumineuses, ils ont déterminé qu’ils pouvaient mesurer le motif produit par la lumière lorsqu’elle sort de la cavité.
C’était notre principale innovation – trouver un nouveau signal avec une sensibilité bien meilleure à la rotation”, a déclaré le Dr Ge, le premier auteur de l’article publié dans le journal “The Journal”. Optica.
“Les gyroscopes optiques optimisés pour produire et détecter ce nouveau signal, avons-nous constaté, pourraient avoir un diamètre d’environ 10 microns – plus petit que la section transversale d’un cheveu humain.”
“Bien que ces gyroscopes optiques ne soient pas nouveaux, notre approche est remarquable à la fois par sa taille super petite et sa sensibilité potentielle”, a déclaré le Dr Ge.
Grâce à leur faible encombrement et à leur capacité d’intégration sur puce, les gyroscopes à microcavité peuvent jouer un rôle important dans la réduction du coût des équipements dans les missions spatiales et ouvrir la voie à une nouvelle génération de gyroscopes optiques sur puce.
