陀螺儀是幫助車輛、無人機、可穿戴和手持電子設備知道它們在三維空間中的方位的設備。它們在我們每天依賴的幾乎每一項技術中都很常見。

最初，陀螺儀是一組嵌套的輪子，每個輪子都在不同的軸上旋轉。

但今天打開手機，你會發現一個微型機電傳感器(MEMS)，現代的等效元件，它可以測量作用在兩個相同質量上的力的變化，這兩個相同的質量在振動和向相反的方向運動。

移動設備上的陀螺儀可以被用于導航、攝像頭防抖、游戲傳感器等應用。

這些MEMS陀螺儀的靈敏度是有限的，因此光學陀螺儀已經被開發用來執行同樣的功能，但沒有移動部件，使用一種叫做Sagnac效應的現象獲得更高的精度。

薩尼亞克(Sagnac)效應是以法國物理學家喬治·薩尼亞克的名字命名的，是一種根植于愛因斯坦廣義相對論的光學現象。

為了制造出它，一束光被分成兩束，兩束光沿著一個圓形的路徑向相反的方向運動，然后在同一光探測器上相遇。

光以恒定的速度傳播，因此旋轉這個裝置——以及光傳播的路徑——會使兩束光中的一束先于另一束到達探測器。

在每個方向軸上都有一個循環，這個相位偏移，被稱為Sagnac效應，可以用來計算方向。

目前最小的高性能光學陀螺儀比高爾夫球還大，不適合許多便攜式應用。

隨著光學陀螺儀的建造越來越小，捕獲Sagnac效應的信號也越來越小，這使得陀螺儀檢測運動變得越來越困難。

到目前為止，這已經阻止了光學陀螺儀的小型化。

Ali Hajimiri，工程與應用科學系電子工程與醫學工程教授，以他為首的加州理工學院的工程師開發了一種新的光學陀螺儀,500倍小于當前最先進的設備,但他們可以檢測相移小于30倍的系統。

這種新裝置在11月出版的《自然光子學》雜志上發表的一篇論文中有介紹。

來自Hajimiri實驗室的新陀螺儀通過使用一種稱為“相互靈敏度增強”的新技術實現了這種改進性能。

在這種情況下，“相互”意味著它以同樣的方式影響陀螺儀內的兩束光。

由于Sagnac效應依賴于在兩束光束反向傳播時探測到它們之間的差異，因此它被認為是不可逆的。

在陀螺儀內部，光線通過微型化的光波導(攜帶光線的小管道，其功能與電線的電功能相同)傳播。

光路中可能影響光束的缺陷(例如，熱波動或光散射)和任何外界干擾都會同樣影響兩束光束。

Hajimiri的團隊找到了一種方法，可以在不破壞Sagnac效應信號的情況下消除這種相互干擾。

相互靈敏度增強從而提高了系統的信噪比，使光學陀螺儀集成到比米粒還小的芯片上。

本文的題目是“具有互靈敏度增強的納米光子光學陀螺儀”。研究生Parham Khial是第一作者，本科生Alexander White是合著者。

這項研究是由Rothenberg創新計劃資助的。