Giroscopio su chip fotonico integrato
Il progetto MERMIG(si apre in una nuova finestra) (Modular CMOS photonic integrated micro-gyroscope), finanziato dall’UE, ha generato spazio per un carico satellitare in più, sostituendo il giroscopio a fibre ottiche, ingombrante e pesante. Per questa nuova generazione di micro-giroscopi, il progetto MERMIG ha sfruttato il giusto mix di fabbricazione di componenti fotonici CMOS-compatibili in silicio e nanolitografia laser. MERMIG ha adattato entrambe le tecnologie per i sistemi di sensori spaziali. Il progetto ha realizzato significativi progressi nella modellizzazione di componenti ottici ad onda guidata, i quali costituiscono la base di tale tecnologia. Un approccio multifisico completo della nanostruttura ottica in silicio, il quale ha considerato ottica non lineare, effetti termici e di stress, è stato adottato per delineare le regole di progettazione fondamentali e ottenere un chip giroscopio efficiente, in grado di soddisfare le esigenze industriali. È stato sviluppato un chip fotonico di 9,3 х 3,7 mm, che ha integrato una cavità di circuito, perni di giunzione e un decodificatore di fase. Inoltre, è stato sviluppato uno specifico processo di incapsulamento del circuito integrato relativo al giroscopio con particolare attenzione al foro passante ottico e alla dissipazione termica, al fine di garantire le prestazioni del chip giroscopio per tutta la durata di una missione spaziale. I sette partner del progetto hanno integrato i diversi moduli (laser, chip giroscopio e lettura), in una basetta sperimentale con sistema di giroscopio optoelettronico completamente funzionale. La basetta pesava meno di 1 kg, con un potenziale consumo inferiore a 5 watt, inoltre l’ingombro consta di pochi centimetri cubi, così da soddisfare i requisiti stabiliti dal settore spaziale. A seguito del piano di test MERMIG, la basetta sperimentale deve essere ulteriormente validata attraverso misurazioni di stabilità di polarizzazione e rumore precedenti ai test del sistema inerziale, il che porta oltre la durata del progetto MERMIG. Anche le prestazioni in ambienti spaziali devono essere verificate, rendendo necessarie prove di radiazione relative al chip del giroscopio. Il nuovo microgiroscopio sarà in grado di resistere ai duri ambienti delle missioni di telecomunicazioni in orbita geostazionaria, così come ai vincoli di massa tipici dei veicoli utilizzati per l’esplorazione robotica. I circuiti del giroscopio fotonico possono essere fabbricati in grandi volumi a costi contenuti, con interessanti prospettive per il settore spaziale europeo.
