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सबसे छोटा ऑप्टिकल जाइरोस्कोप

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इंजीनियरों ने दुनिया का सबसे नन्हा प्रकाश-संवेदी गायरोस्कोप बनाया है जिसे आसानी से सबसे छोटी पोर्टेबल आधुनिक तकनीक में एकीकृत किया जा सकता है।

जाइरोस्कोप आज के समय में हम जिस भी टेक्नोलॉजी का इस्तेमाल करते हैं उसमें आम हैं। Gyroscopes का उपयोग वाहनों, ड्रोन और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे मोबाइल और वियरेबल्स में किया जाता है क्योंकि वे त्रि-आयामी (3D) स्थान में डिवाइस के सही अभिविन्यास को जानने में मदद करते हैं। मूल रूप से, जाइरोस्कोप एक पहिया का एक उपकरण है जो पहिया को अलग-अलग दिशाओं में धुरी पर तेजी से घूमने में मदद करता है। एक मानक प्रकाशीय जाइरोस्कोप में स्पूल किया हुआ ऑप्टिकल फाइबर होता है जिसमें पल्स लेजर लाइट होती है। यह या तो दक्षिणावर्त या वामावर्त दिशा में चलता है। इसके विपरीत, आधुनिक जीरोस्कोप सेंसर हैं, उदाहरण के लिए मोबाइल फोन में माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सेंसर (एमईएमएस) मौजूद होते हैं। ये सेंसर उन बलों को मापते हैं जो समान द्रव्यमान की दो संस्थाओं पर कार्य करते हैं लेकिन जो दो अलग-अलग दिशाओं में डगमगाते हैं।

Sagnac प्रभाव

हालांकि अब व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले सेंसर में सीमित संवेदनशीलता है और इस प्रकार ऑप्टिकल जाइरोस्कोप जरूरत है। एक महत्वपूर्ण अंतर यह है कि ऑप्टिकल गायरोस्कोप एक समान कार्य करने में सक्षम हैं, लेकिन बिना किसी चल भागों के और अधिक सटीकता के साथ। यह Sagnac प्रभाव द्वारा प्राप्त किया जा सकता है, एक ऑप्टिकल घटना जो कोणीय वेग में परिवर्तन का पता लगाने के लिए आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत का उपयोग करती है। Sagnac प्रभाव के दौरान, लेजर प्रकाश की एक किरण दो स्वतंत्र बीमों में टूट जाती है जो अब एक गोल पथ के साथ विपरीत दिशाओं में यात्रा करती है और अंततः एक प्रकाश संसूचक पर मिलती है। यह तभी होता है जब उपकरण स्थिर हो और मुख्यतः क्योंकि प्रकाश स्थिर गति से यात्रा करता है। हालाँकि, यदि उपकरण घूम रहा है, तो प्रकाश का मार्ग भी घूम जाता है, जिससे दो अलग-अलग बीम एक अलग समय बिंदु पर प्रकाश डिटेक्टर तक पहुँच जाते हैं। इस चरण बदलाव को सग्नैक प्रभाव कहा जाता है और सिंक्रनाइज़ेशन में इस अंतर को जाइरोस्कोप द्वारा मापा जाता है और अभिविन्यास की गणना के लिए उपयोग किया जाता है।

Sagnac प्रभाव सिग्नल में शोर के प्रति बहुत संवेदनशील होता है और आसपास का कोई भी शोर जैसे छोटे थर्मल उतार-चढ़ाव या कंपन यात्रा के दौरान बीम को बाधित कर सकते हैं। और अगर जाइरोस्कोप काफी छोटे आकार का है तो इसमें व्यवधान की संभावना अधिक होती है। ऑप्टिकल जाइरोस्कोप स्पष्ट रूप से बहुत अधिक प्रभावी हैं, लेकिन ऑप्टिकल गायरोस्कोप को कम करना यानी उनके आकार को कम करना अभी भी एक चुनौती है, क्योंकि जैसे-जैसे वे छोटे होते जाते हैं उनके सेंसर से प्रेषित सिग्नल भी कमजोर होता है और फिर शोर में खो जाता है जो सभी बिखरे हुए द्वारा उत्पन्न होता है। रोशनी। इससे जाइरोस्कोप को गति का पता लगाने में अधिक कठिनाई होती है। इस परिदृश्य ने छोटे ऑप्टिकल गायरोस्कोप के डिजाइन को प्रतिबंधित कर दिया है। अच्छा प्रदर्शन करने वाला सबसे छोटा जाइरोस्कोप कम से कम गोल्फ बॉल के आकार का होता है और इस प्रकार छोटे पोर्टेबल उपकरणों के लिए अनुपयुक्त होता है।

छोटे जाइरोस्कोप के लिए नया डिज़ाइन

कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी यूएसए के शोधकर्ताओं ने बहुत कम शोर के साथ एक ऑप्टिकल जाइरोस्कोप डिजाइन किया है जो एमईएमएस सेंसर के बजाय लेजर का उपयोग करता है और समान परिणाम प्राप्त करता है। उनका अध्ययन . में प्रकाशित हुआ है नेचर फोटोनिक्स. उन्होंने 2 वर्ग मिमी की एक छोटी सिलिकॉन चिप ली और उस पर प्रकाश का मार्गदर्शन करने के लिए एक चैनल स्थापित किया। यह चैनल एक सर्कल के चारों ओर हर दिशा में यात्रा करने के लिए प्रकाश का मार्गदर्शन करने में मदद करता है। इंजीनियरों ने दो डिस्क का उपयोग करके लेजर बीम के मार्ग को लंबा करके पारस्परिक शोर को कम किया। जैसे-जैसे बीम का मार्ग लंबा होता जाता है, शोर की मात्रा सम हो जाती है जिसके परिणामस्वरूप दो बीम मिलने पर सटीक माप होता है। यह छोटे उपकरण के उपयोग को सक्षम बनाता है लेकिन फिर भी सटीक परिणाम बनाए रखता है। शोर रद्द करने में सहायता के लिए डिवाइस प्रकाश की दिशा को भी उलट देता है। इस इनोवेटिव गायरो सेंसर का नाम XV-35000CB है। बेहतर प्रदर्शन 'पारस्परिक संवेदनशीलता वृद्धि' विधि द्वारा प्राप्त किया गया था। पारस्परिक का अर्थ है कि यह एक ही तरह से प्रकाश के दो स्वतंत्र पुंजों को प्रभावित कर रहा है। Sagnac प्रभाव इन दो बीमों के बीच परिवर्तन का पता लगाने पर आधारित है क्योंकि वे विपरीत दिशाओं में यात्रा कर रहे हैं और यह गैर-पारस्परिक होने के बराबर है। प्रकाश मिनी ऑप्टिकल वेवगाइड्स के माध्यम से यात्रा करता है जो एक विद्युत परिपथ में तारों के समान प्रकाश ले जाने वाले छोटे नाली होते हैं। ऑप्टिकल पथ या बाहरी हस्तक्षेप में कोई भी अपूर्णता दोनों बीम को प्रभावित करेगी।

पारस्परिक संवेदनशीलता में वृद्धि सिग्नल-टू-शोर अनुपात में सुधार करती है जिससे इस ऑप्टिकल जाइरोस्कोप को एक छोटी चिप पर एकीकृत किया जा सकता है जो शायद एक नाखून की नोक के आकार का हो। यह छोटा जाइरोस्कोप मौजूदा उपकरणों की तुलना में आकार में कम से कम 500 गुना छोटा है, लेकिन वर्तमान प्रणालियों की तुलना में 30 गुना छोटे चरण बदलाव का सफलतापूर्वक पता लगा सकता है। कैमरे के कंपन को ठीक करने के लिए इस सेंसर का मुख्य रूप से सिस्टम में उपयोग किया जा सकता है। जाइरोस्कोप अब विभिन्न क्षेत्रों में अपरिहार्य हैं और वर्तमान शोध से पता चलता है कि छोटे ऑप्टिकल गायरोस्कोप को डिजाइन करना संभव है, हालांकि इस प्रयोगशाला डिजाइन को व्यावसायिक रूप से उपलब्ध होने में कुछ समय लग सकता है।

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{आप उद्धृत स्रोतों की सूची में नीचे दिए गए डीओआई लिंक पर क्लिक करके मूल शोध पत्र पढ़ सकते हैं}

स्रोत (रों)

Khial PP et al 2018. पारस्परिक संवेदनशीलता वृद्धि के साथ नैनोफोटोनिक ऑप्टिकल जाइरोस्कोप। नेचर फोटोनिक्स। 12 (11)। https://doi.org/10.1038/s41566-018-0266-5

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एससीआईईयू टीम
एससीआईईयू टीमhttps://www.ScientificEuropean.co.uk
वैज्ञानिक यूरोपीय® | SCIEU.com | विज्ञान में महत्वपूर्ण प्रगति। मानव जाति पर प्रभाव। प्रेरक मन।

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