Forscher an der Universität Rochester entwickeln photonische Chips, die die derzeit in unbemannten Luftfahrzeugen oder Drohnen verwendeten Gyroskope ersetzen und es ihnen ermöglichen könnten, an Orten zu fliegen, an denen GPS-Signale gestört oder nicht verfügbar sind. Mithilfe einer Quantentechnik namens Schwachwertverstärkung wollen die Wissenschaftler in einem kleinen, handgehaltenen photonischen Chip die gleiche Empfindlichkeit wie große optische Gyroskope erreichen und so möglicherweise die Art und Weise, wie Drohnen navigieren, verändern.
Jaime Cardenas, außerordentlicher Professor am Institute of Optics, hat von der National Science Foundation neue Mittel für die Entwicklung des Chips bis 2026 erhalten. Aktuelle Drohnen auf dem neuesten Stand der Technik verwenden Glasfasergyroskope, die kilometerlange Glasfaserspulen enthalten oder einen begrenzten Dynamikbereich haben, sagte Cardenas.
Mit Mitteln der National Science Foundation entwickeln Forscher der Universität Rochester photonische Chips, die eine Quantentechnologie namens Schwachwertverstärkung nutzen, um die in Drohnen verwendeten mechanischen Gyroskope zu ersetzen. Quelle: University of Rochester/J.Adam Fenster
„Heutzutage müssen die Empfindlichkeit und Stabilität von Gyroskopen mit einem grundlegenden Kompromiss zwischen Größe und Gewicht einhergehen“, sagte er. „Da Drohnen, unbemannte Luftfahrzeuge und Satelliten kleiner und allgegenwärtiger werden, wird der Bedarf an ultrakleinen Gyroskopen in Navigationsqualität immer wichtiger. Die fortschrittlichsten Mikro-Gyroskope sind kompakt und robust, weisen jedoch Leistungsmängel auf, die ihren Einsatz in der Navigation behindern.“
Cardenas ist davon überzeugt, dass die Schwachwertverstärkungsmethode Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden hat, da sie das Signal der Interferometrie verstärken kann, ohne den Preis für die Verstärkung des Rauschens vieler Techniken zahlen zu müssen. Frühere Demonstrationen der Verstärkung schwacher Werte erforderten jedoch komplexe Laboraufbauten und eine präzise Ausrichtung; Cardenas arbeitete daran, eine schwache Verstärkung auf einem winzigen photonischen Chip mit einem Ringresonator mit hochwertigem Faktor zu erreichen.
Zu den Mitarbeitern von Cardenas an dem Projekt gehört der Physiker Andrew Jordan, der an der University of Rochester lehrte und jetzt an der Chapman University ist. Cardenas sagte, er werde auch mit dem David T. Kearns Center for Leadership and Diversity an der University of Rochester zusammenarbeiten, um die Beteiligung unterrepräsentierter Gruppen zu erhöhen, indem er High-School-Schülern im Rochester City School District Forschungserfahrungen bietet, um ihre Ambitionen für MINT-Karrieren zu inspirieren.
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