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Modular CMOS Photonic Integrated Micro-Gyroscope

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Un gyroscope sur une puce photonique intégrée

Pour mettre un satellite en orbite, chaque gramme et centimètre a son importance. Un projet financé par l'UE voulait donc réduire la taille et le poids des systèmes de contrôle d'attitude.

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Le projet MERMIG (Modular CMOS photonic integrated micro-gyroscope) a remplacé le gyroscope à fibre optique, encombrant et lourd, améliorant la charge utile. Pour concevoir cette nouvelle génération de micro gyroscopes, les chercheurs de MERMIG ont associé la fabrication de composants photoniques en silicium, compatibles CMOS, avec la nano-impression par lithographie laser. Ils ont adapté les deux techniques aux capteurs pour l'espace. Le projet a enregistré de notables progrès dans la modélisation de composant optiques à ondes guidées, essentielles à cette technique. Il s'est basé sur une approche multi-physique complète de la nanostructure optique du silicium, tenant compte des effets non linéaires optiques, thermiques et de contraintes, afin de définir des règles fondamentales de conception et de réaliser un gyroscope sur puce répondant aux besoins industriels. Les chercheurs ont fabriqué une puce photonique sur silicium de 9,3 x 3,7 mm, intégrant une cavité, les broches de jonction et le décodeur de phase. Ils ont aussi mis au point un packaging spécifique pour la puce gyroscope, visant spécialement la traversée optique et la dissipation de chaleur, afin de garantir le fonctionnement du gyroscope pendant toute la durée d'une mission spatiale. Les sept partenaires du projet ont intégré les modules (laser, puce gyroscope et lecture) sur une platine d'expérimentation représentant un gyroscope optoélectronique totalement fonctionnel. L'ensemble pèse moins de 1 kg, occupe quelques centimètres cubes et peut consommer moins de 5 watts, répondant ainsi aux exigences du secteur spatial. La platine d'expérimentation va subir le plan de test de MERMIG, puis sera validée davantage en matière de stabilité et de mesure du bruit avant les tests de système inertiel, ce qui va au-delà de la durée de MERMIG. Il faudra également vérifier le comportement dans l'espace, notamment lors de tests de rayonnement. Le nouveau micro-gyroscope supportera les conditions difficiles du fonctionnement d'un satellite de télécommunication en orbite géostationnaire, ainsi que les limitations de masse typiques des rovers d'exploration planétaire. Les circuits du gyroscope photonique peuvent être fabriqués en grande quantité et à faible coût, ce qui est très intéressant pour le secteur spatial européen.

Mots‑clés

MERMIG, gyroscope, satellites, contrôle d'attitude, nanophotonique

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