Un giroscopio su un chip

Il progetto MERMIG (“Modular CMOS photonic integrated micro-gyroscope”), finanziato dall’UE, punta a ottenere uno spazio maggiore per il carico dei satelliti sostituendo i giroscopi in fibra ottica ingombranti e pesanti. I sei partner accademici e industriali di MERMIG stanno costruendo un micro-giroscopio sostitutivo che peserà meno di 1 kg e sarà più piccolo di un paio di centimetri cubi.

Per questa nuova generazione di micro-giroscopi in grado di sopportare il duro ambiente dei satelliti nell’orbita geostazionaria, i ricercatori stanno sfruttando le ultime scoperte nel campo della nanofotonica che fa uso di silicone. Nello specifico, la tecnologia dei semiconduttori a ossido di metallo utilizzata per integrare elementi elettronici e ottici sullo stesso chip viene unita alla nano-impressione litografica.

I partner di MERMIG stanno adattando entrambe le tecnologie per i sistemi di sensori spaziali. Nel primo periodo del progetto, hanno ridotto l’ingombrante e pesante cavità ottica a base di fibra a un paio di millimetri quadrati. Tutte le funzionalità chiave di un sensore basato su cavità ottica sono state integrate in un chip fotonico al silicone di 4,84 x 1 mm. Nel successivo periodo del progetto, si assisterà a un ulteriore sviluppo del chip per dimostrare il laser di Raman.

Inoltre, i membri del progetto MERMIG hanno costruito un laser di 1 550 nm con una potenza ottica massima di 150 mW e una corrente di controllo di circa 1 A. Fabbricato tramite nano-impressione litografica, il laser è completato da un amplificatore a base di fibra ottica che migliora la potenza d’uscita. In una configurazione MOPA (master oscillator power amplifier), il laser, insieme all’amplificatore, è adatto per la rilevazione dell’asse e per diverse applicazioni spaziali.

Il rumore ad alta frequenza aggiunto al segnale è così basso che il nuovo micro-giroscopio sarà adatto per le telecomunicazioni oltre che per i satelliti scientifici. Dall’altro canto, risponderà anche alle rigide limitazioni di massa dei rover utilizzati per le missioni di esplorazione planetaria. I circuiti del giroscopio fotonico possono essere fabbricati in grandi volumi a costi contenuti, con interessanti prospettive per il settore spaziale europeo.