Menavigasi apabila GPS menjadi gelap

Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31410-4″ width=”800″ height=”530″/>

Paparan keratan rentas kepala penderia LPAI. a, Keratan rentas mendatar menunjukkan rasuk penyejukan dan saluran pengesanan atom dengan komponen optik tetap. Lampu saluran penyejukan dihantar ke kepala penderia melalui gentian pengekalan polarisasi (PM) yang daripadanya rasuk Gaussian berkolima besar (D1/e2≈28mm) digunakan untuk penyejukan. Rasuk dipenggal kepada ≈ 19 mm-diameter melalui port pandangan silika bercantum dalam kepala sensor LPAI padat. Cahaya kemudiannya melalui polarizer dan plat gelombang λ/4 sebelum menerangi cip parut. Atom GMOT (bulatan merah pepejal) membentuk ≈ 3.5 mm dari permukaan parut. Saluran pengesanan atom direka bentuk untuk mengukur pendarfluor atom melalui modul fotodiod avalanche (APD) bergandingan gentian berbilang mod. b, Keratan rentas menegak kepala sensor menunjukkan laluan rasuk yang direka untuk Raman sensitif Doppler. Rasuk Raman terpolar-linear silang dilancarkan daripada gentian PM yang sama dan kedua-dua komponen dipecah oleh pembahagi rasuk polarisasi (PBS). Optik tetap menghalakan pancaran Raman ke atom GMOT (bulatan merah pepejal) dengan arah yang bertentangan. Kredit: Komunikasi Alam Semula Jadi (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31410-4

Perkataan seperti “keras” atau “lasak” jarang dikaitkan dengan penderia inersia kuantum. Instrumen saintifik yang luar biasa itu boleh mengukur gerakan seribu kali lebih tepat daripada peranti yang membantu menavigasi peluru berpandu, pesawat dan dron hari ini. Tetapi susunan komponennya yang halus dan bersaiz meja yang merangkumi sistem laser dan vakum yang kompleks telah mengekalkan teknologi asas dan terhad kepada tetapan terkawal makmal.

Jongmin Lee mahu mengubahnya.

Ahli fizik atom adalah sebahagian daripada pasukan di Sandia yang membayangkan penderia inersia kuantum sebagai alat bantu navigasi atas kapal yang revolusioner. Jika pasukan itu boleh merekayasa semula penderia menjadi peranti yang padat dan lasak, teknologi itu boleh membimbing kenderaan dengan selamat di mana isyarat GPS tersekat atau hilang.

Dalam satu kejayaan besar ke arah merealisasikan visi mereka, pasukan itu telah berjaya membina interferometer atom sejuk, komponen teras penderia kuantum, yang direka untuk menjadi lebih kecil dan lebih keras daripada persediaan makmal biasa. Pasukan itu menerangkan prototaip mereka dalam jurnal akademik Komunikasi Alam Semula Jadi, menunjukkan cara mengintegrasikan beberapa komponen yang diasingkan secara normal ke dalam struktur monolitik tunggal. Dengan berbuat demikian, mereka mengurangkan komponen utama sistem yang wujud pada meja optik besar kepada pakej kukuh kira-kira saiz kotak kasut.

“Sensitiviti yang sangat tinggi telah ditunjukkan dalam makmal, tetapi perkara praktikal adalah, untuk aplikasi dunia sebenar, orang ramai perlu mengecilkan saiz, berat dan kuasa, dan kemudian mengatasi pelbagai isu dalam persekitaran yang dinamik,” kata Jongmin.

Kertas kerja itu juga menerangkan peta jalan untuk mengecilkan lagi sistem menggunakan teknologi yang sedang dibangunkan.

Prototaip itu, yang dibiayai oleh program Penyelidikan dan Pembangunan Terarah Makmal Sandia, menunjukkan kemajuan yang ketara ke arah memindahkan teknologi navigasi termaju keluar dari makmal dan ke dalam kenderaan di darat, bawah tanah, di udara dan juga di angkasa.

Menavigasi apabila GPS menjadi gelapa Paparan 3D kepala penderia LPAI padat dengan komponen optik tetap dan reka bentuk optomekanikal yang boleh dipercayai. b Gambar atom GMOT keadaan mantap dalam kepala penderia.. Kredit: Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31410-4″/>

Konsep interferometer atom nadi-cahaya padat (LPAI) untuk keadaan dinamik tinggi. a Paparan 3D kepala sensor LPAI padat dengan komponen optik tetap dan reka bentuk optomekanikal yang boleh dipercayai. b Gambar atom GMOT keadaan mantap dalam kepala sensor.. Kredit: Komunikasi Alam Semula Jadi (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31410-4

Pengukuran ultrasensitif memacu kuasa navigasi

Semasa jet melakukan satu tong bergolek di langit, teknologi navigasi onboard semasa boleh mengukur kecondongan dan pusingan dan pecutan pesawat untuk mengira kedudukannya tanpa GPS, untuk seketika. Ralat ukuran kecil secara beransur-ansur menolak kenderaan melainkan ia disegerakkan secara berkala dengan satelit, kata Jongmin.

Penderiaan kuantum akan beroperasi dengan cara yang sama, tetapi ketepatan yang lebih baik bermakna navigasi atas kapal tidak perlu menyemak silang pengiraannya sekerap, mengurangkan pergantungan pada sistem satelit.

Roger Ding, seorang penyelidik pasca doktoral yang bekerja pada projek itu, berkata, “Secara prinsipnya, tidak ada variasi pembuatan dan penentukuran,” berbanding dengan sensor konvensional yang boleh berubah dari semasa ke semasa dan perlu ditentukur semula.

Aaron Ison, jurutera utama projek itu, berkata untuk menyediakan interferometer atom untuk persekitaran yang dinamik, dia dan pasukannya menggunakan bahan yang terbukti dalam persekitaran yang melampau. Selain itu, bahagian yang biasanya berasingan dan berdiri bebas disepadukan bersama dan dipasang pada tempatnya atau dibina dengan mekanisme kunci keluar manual.

“Struktur monolitik yang mempunyai sedikit antara muka berbolted yang mungkin adalah kunci untuk mencipta struktur interferometer atom yang lebih lasak, ” kata Aaron.

Tambahan pula, pasukan itu menggunakan pengiraan standard industri yang dipanggil analisis unsur terhingga untuk meramalkan bahawa sebarang ubah bentuk sistem dalam persekitaran konvensional akan berada dalam lingkungan elaun yang diperlukan. Sandia belum menjalankan ujian tekanan mekanikal atau ujian lapangan pada reka bentuk baharu, jadi kajian lanjut diperlukan untuk mengukur kekuatan peranti.

“Reka bentuk keseluruhan yang kecil dan padat secara semula jadi membawa kepada struktur yang lebih tegar dan lebih teguh,” kata Aaron.

Menavigasi apabila GPS menjadi gelap

Ahli fizik atom Sandia, Jongmin Lee meneliti kepala penderia interferometer atom sejuk yang boleh membantu kenderaan berada di laluan yang tidak tersedia GPS. Kredit: Bret Latter

Fotonik menerangi jalan ke sistem yang lebih kecil

Kebanyakan eksperimen interferometri atom moden menggunakan sistem laser yang dipasang pada meja optik besar untuk alasan kestabilan, kata Roger. Peranti Sandia agak padat, tetapi pasukan itu telah menghasilkan penambahbaikan reka bentuk selanjutnya untuk menjadikan penderia kuantum lebih kecil menggunakan bersepadu teknologi fotonik.

“Terdapat puluhan hingga ratusan elemen yang boleh diletakkan pada cip yang lebih kecil daripada satu sen,” kata Peter Schwindt, penyiasat utama projek itu dan pakar dalam penderiaan kuantum.

Peranti fotonik, seperti laser atau gentian optik, menggunakan cahaya untuk melakukan kerja yang berguna dan peranti bersepadu termasuk banyak elemen yang berbeza. Fotonik digunakan secara meluas dalam telekomunikasi, dan penyelidikan berterusan menjadikannya lebih kecil dan lebih serba boleh.

Dengan penambahbaikan selanjutnya, Peter berpendapat ruang yang diperlukan oleh interferometer boleh menjadi serendah beberapa liter. Impiannya adalah untuk membuat satu saiz tin soda.

Dalam kertas kerja mereka, pasukan Sandia menggariskan reka bentuk masa hadapan di mana kebanyakan persediaan laser mereka digantikan dengan litar bersepadu fotonik tunggal, kira-kira lapan milimeter pada setiap sisi. Mengintegrasikan komponen optik ke dalam litar bukan sahaja akan menjadikan interferometer atom lebih kecil, ia juga akan menjadikannya lebih lasak dengan memasang komponen pada tempatnya.

Walaupun pasukan masih belum dapat melakukan ini, banyak teknologi fotonik yang mereka perlukan sedang dalam pembangunan di Sandia.

“Ini adalah laluan yang berdaya maju kepada sistem yang sangat kecil, ” kata Roger.

Sementara itu, Jongmin berkata litar fotonik bersepadu berkemungkinan akan mengurangkan kos dan meningkatkan kebolehskalaan untuk pembuatan masa hadapan.

“Sandia telah menunjukkan visi yang bercita-cita tinggi untuk masa depan penderiaan kuantum dalam navigasi,” kata Jongmin.


Peranti ini boleh membawa masuk navigasi tanpa GPS


Maklumat lanjut:
Jongmin Lee et al, Interferometer atom sejuk padat dengan perangkap magneto-optik pemarut kadar data tinggi dan sistem laser serasi litar bersepadu fotonik, Komunikasi Alam Semula Jadi (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31410-4

Disediakan oleh
Makmal Kebangsaan Sandia


Petikan: Menavigasi apabila GPS menjadi gelap (2022, 21 Oktober) diambil 22 Oktober 2022 daripada

Dokumen ini tertakluk kepada hak cipta. Selain daripada sebarang urusan adil untuk tujuan kajian atau penyelidikan persendirian, tiada bahagian boleh diterbitkan semula tanpa kebenaran bertulis. Kandungan disediakan untuk tujuan maklumat sahaja.

We would love to thank the author of this post for this outstanding content

Menavigasi apabila GPS menjadi gelap


Explore our social media profiles as well as other pages related to themhttps://paw6.info/related-pages/