GPS funktioniert nicht? Photonischer Chip hilft Drohnen beim Fliegen in Gebieten mit schwachem Signal

Mit Mitteln der National Science Foundation entwickeln Forscher der Universität Rochester photonische Chips, die eine Quantentechnik namens Schwachwertverstärkung nutzen, um die in Drohnen verwendeten mechanischen Gyroskope zu ersetzen und es ihnen zu ermöglichen, dort zu fliegen, wo GPS-Signale blockiert oder nicht verfügbar sind. Eine Quantentechnik namens „Schwachwertverstärkung“ wird verwendet, um die in Drohnen verwendeten mechanischen Gyroskope zu ersetzen und es ihnen zu ermöglichen, dort zu fliegen, wo GPS-Signale blockiert oder nicht verfügbar sind.
Mithilfe dieser Quantentechnologie wollen Wissenschaftler auf einem kleinen tragbaren photonischen Chip die gleiche Empfindlichkeit erzielen wie auf einem großen Block optischer Gyroskope, was die Drohnennavigation verändern könnte.
Jaime Cardenas, außerordentlicher Professor am Institut für Optik, hat ein neues Stipendium der National Science Foundation erhalten, um bis 2026 solche Chips zu entwickeln.
Die faseroptischen Gyroskope, die derzeit in modernen Drohnen verwendet werden, enthalten Spulen aus Glasfaserfäden, die mehrere Kilometer lang sind oder einen begrenzten Dynamikbereich haben, sagte Cardenas.
Heutzutage müssen die Empfindlichkeit und Stabilität eines Gyroskops grundsätzlich gegen seine Größe und sein Gewicht abgewogen werden. „Da unbemannte Flugzeuge, Drohnen und Satelliten kleiner und allgegenwärtiger werden, wird der Bedarf an ultrakompakten Gyroskopen in Navigationsqualität immer wichtiger. Moderne Miniaturgyroskope sind kompakt und robust, aber es mangelt ihnen an Leistung, was ihren Einsatz behindert.“ in der Navigation.“
Laut Cardenas bietet die Schwachwertverstärkung Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden, da sie das Signal der Interferometrie verstärkt, ohne auf Kosten der Verstärkung verschiedener Formen technischen Rauschens zu gehen. Frühere Demonstrationen der Verstärkung schwacher Werte erforderten jedoch komplexe Laboraufbauten und präzise Kalibrierungen; Cardenas arbeitete daran, mithilfe hochwertiger Faktorringresonatoren eine schwachwertige Verstärkung auf einem mikrophotonischen Chip zu realisieren.
Zu den Mitarbeitern von Cardenas an dem Projekt gehört der Physiker Andrew Jordan, früher Fakultätsmitglied an der University of Rochester und jetzt an der Chapman U. Cardenas sagt, er werde auch mit dem David T. Kearns Center for Leadership and Diversity der Universität zusammenarbeiten, um die Beteiligung unterrepräsentierter Menschen zu erweitern Gruppen durch Forschungserfahrungen mit High-School-Schülern im Rochester City School District und inspirieren sie dazu, eine MINT-Karriere anzustreben.