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Sensore ottico di rotazione e relativo metodo di manifattura

AerospazioChirurgia roboticaGiroscopio a risonanzaSensore di rotazioneValutazione dell'assetto

Introduzione

L’invenzione consiste in un risonatore ad anello con cristallo fotonico, costituito da un risonatore ad anello (RR) formato da un cristallo fotonico monodimensionale (1D PhC) in guida d’onda, e una guida d’onda a canale. Esso è utilizzabile come elemento principale di un giroscopio micro-ottico risonante (RMOG), utilizzato per la determinazione della velocità di rotazione in un riferimento inerziale. L’utilizzo di questa invenzione in un RMOG porta a prestazioni molto elevate in termini di risoluzione e compattezza.

Caratteristiche Tecniche

L’invenzione consiste in un sensore ottico di rotazione, costituito da un risonatore ottico ad anello formato da un cristallo fotonico monodimensionale (1D PhC) in guida d’onda, e una guida d’onda bus. Una sezione di ingresso della guida d’onda bus è collegabile ad una sorgente e una sezione di uscita della guida d’onda bus è collegabile ad un rilevatore ottico. La guida d’onda bus è otticamente accoppiata al risonatore ad anello, entro una area di accoppiamento che è posizionata tra la sezione di ingresso e la sezione di uscita della guida d’onda a canale. Una rotazione del sensore ottico di rotazione induce una variazione della frequenza di un’area che si riferisce ad una risonanza (o ad una pluralità di aree di risonanza) vicina ai bordi del bandgap fotonico del risonatore ad anello. L’utilizzo dell’effetto Sagnac, congiuntamente all’elevato fattore di qualità Q delle risonanze ai bordi del bandgap, permette di ottenere un detection limit di tre ordini di grandezza inferiore rispetto a un convenzionale giroscopio con risonatore ad anello che abbia le stesse caratteristiche geometriche. È stata calcolata una risoluzione, limitata dallo shot noise, di 10-3 °/h con un volume stimato di 5 cm3. Il sensore ottico di rotazione può includere uno strato di silicio e, disposto superiormente, uno strato di silice drogata, entro il quale sono realizzati il risonatore ad anello e la guida d’onda bus. Utilizzare una tecnologia a basso contrasto d’indice (per esempio Silica on Silicon, SOS) permette di ottenere una maggiore uniformità del processo di fabbricazione e una minore perdita legata a scattering per gli elementi di guida d’onda (cioè le guida d’onda bus, le regioni non-perturbate della guida d’onda).

Possibili Applicazioni

  • Aerospazio;
  • Satelliti;
  • Chirurgia robotica;
  • Sensoristica biochimica di precisione;
  • Applicazioni ottiche.

Vantaggi

  • Alta risoluzione;
  • Dimensioni e massa contenuti;
  • Bassi costi di realizzazione;
  • Buone caratteristiche meccaniche.