Со тоа што оваа суштинска технологија ја довеле на сосема ново ниво, физичарите се надеваат дека покрај другите интересни примени ќе овозможат и нова генерација на компактни системи за навигација засновани на жироскоп.
Овие т.н. отички жироскопи не се ништо ново, но пристапот на истражувачите е извонреден во однос на нивната супер мала големина и потенцијална чувствителност. Резултатите се објавени во „Optica“.
Жироскопите се неопходни компоненти во голем број на технологии, вклучувајќи ги и инертните системи за насочување, кои ги набљудуваат движењето и ориентацијата на објектот. Вселенските сонди, сателити и ракети постојано се потпираат на овие системи за прецизна контрола на летање. Но, како и кај многу други основни делови од воздушната технологија, тежината е постојан проблем. Според НАСА, потребни се околу 10 илјади долари за секои 500 гр. кои се „подигаат“ во орбитата, па затоа дизајнирањето на помали и полесни основни компоненти е постојана борба на инженерите и менаџерите на проектот.
Ако големината на оптичкиот жироскоп се намали на само мал дел од милиметарот, како што е опишано во истражувањето, би можело да се интегрира во оптички кола кои се слични на конвенционалните електрични кола, но наместо електрична енергија користат светлина за да ги пренесуваат информациите. Ова би можело драстично да ја намали цената на опремата за мисиите во вселената.
Спротивно на механичките жироскопи кои се користат кај бродовите за стабилизација и кај ракетите за насочување, отпичките жироскопи немаат подвижни делови. Наместо тоа, двојни светлосни бранови се движат (еден наспроти друг) околу оптичка празнина или влакно.
Традиционалните механички жироскопи ги користат Њутновите закони за движење за да ја задржат стабилноста и ориентацијата. Овие принципи на физиката не се однесуваат на светлината, па мерењето на нејзиното движење бара многу суптилни оптички сигнали.
Таков сигнал доаѓа од едно необично својство на светлината познато како ефектот Сагнак, кој едноставно кажано, создава мерлива шема кога светлосните бранови се разделуваат и потоа повторно се спојуваат, притоа движејќи се кружно. Комерцијалните оптички жироскопи се изргадени по овој принцип, со големина која варира од онаа на топче за безбол до онаа на топка за кошарка. Можат да се направат и многу помали, но за мерењето на ротацијата би било потребно многу поголемо ниво на чувствителност од она што е во моментов на располагање.
Изработка на жироскоп од светлина
Вториот пристап досега е најпрактичен бидејќи неговата чувствителност може лесно да се зголеми ако се користат подолги делови на оптичките влакна (некои и до 5 км.). Овие влакна потоа би се замоткале околу објект со околу 5 см. во дијаметар. Иако овој систем е чувствителен на ротација, има практични ограничувања на тоа колгу долго може да биде влакното за да не се оштети. За да биде навистина мало, оптичките празнини се подобра опција при што ефектот Сагнак се манифестира како суптилна промена на бојата. Но, проблемот е што чувствителноста на овој тип на оптички жироскоп се намалува како што празнината станува помала. Токму ова ги попречувало научниците досега во создавањето на мали оптички жироскопи.
Истражувачите од Универзитетот Јеил и Универзитетот во Њујорк ја надминале оваа пречка со тоа што користеле различен принцип заснован на далечна емисија. Наместо директно да ја мерат промената на бојата на светлосните бранови, тие сфатиле дека можат да ја измерат шемата што светлината ја создава како што излегува од празнината. На тој начин, оптичките жироскопи може да имаат големина од околу 10 микрони – помали од пресек на човечкото влакно.
Идејата е слична на ротирање на непокриена сијалица. Не можете да видите директно вртење, но при мали размери, самиот чин на ротирање предизвикува мали но мерливи релативистички ефекти кои ја искривуваат шемата, односно моделот на ѕидот. Доколу се измери степенот на искривување, може да се пресмета брзината на ротирање.
За да се започне оптичкиот жироскоп, најпрво треба да се внесат светлосни бранови во празнината. Ова природно произведува светлосните бранови да се движат во насока на и обратно од стрелките на часовникот. Ова е слично на жица од гитара, која кога ќе ја допрете на средината испраќа вибрации во двете насоки истовремено.
Со внимателно дизајнирање на формата на оптичката празнина, истражувачите можеле да контролираат каде светлосните бранови ќе излезат. Обично, празнините се дизајнирани за да ја задржат светлината колку што е можно подолго. Сега, истражувачите требало да ја балансираат таа способност на празнината со потребата одредена светлина да излезе за да се создаде шема на далечна емисија. Оваа шема ја набљудувале со детектори слични на камера кои им овозможувале постојано да ја следат шемата за нарушувања кои би ја откриле брзината на ротирање. Иако ова открива само еден дел од движењето, доколку се постават повеќе такви сензори во различни насоки ќе се добие тродимензионална слика на движењето на објектот.
Развој на технологијата
Потребни се дополнителни истражувања за да се земе предвид можноста дека многу од светлосните „патишта“ постојат истовремено во празнината, чии далечни емисии би можеле да се изменат и притоа да ја намалат чувствителноста на ротацијата. Истражувачите моментално работат на различни методи за да го контролираат овој ефект.
