Akselerometer Berbasis Sinar Laser

Airbag mobil mengembang berkat akselerometer — sensor yang mendeteksi perubahan kecepatan yang tiba-tiba. Akselerometer menjaga roket dan pesawat tetap berada di jalur penerbangan yang benar, menyediakan navigasi untuk mobil yang dapat mengemudi sendiri, dan memutar gambar agar tetap tegak lurus di ponsel dan tablet, di antara tugas-tugas penting lainnya.

Sebuah tim peneliti telah mengembangkan akselerometer setebal satu milimeter yang menggunakan sinar laser, bukan tekanan mekanis untuk menghasilkan sinyal. Meskipun beberapa akselerometer lain juga mengandalkan cahaya, desain instrumen baru membuat proses pengukuran lebih mudah, memberikan akurasi yang lebih tinggi. Ini juga beroperasi pada rentang frekuensi yang lebih besar dan telah diuji lebih ketat daripada perangkat serupa.

Akselerometer optomekanis jauh lebih presisi daripada akselerometer komersial terbaik dan tidak perlu menjalani proses kalibrasi berkala yang memakan waktu. Faktanya, karena instrumen menggunakan sinar laser dengan frekuensi yang diketahui untuk mengukur akselerasi, pada akhirnya dapat berfungsi sebagai standar referensi portabel untuk mengkalibrasi akselerometer lain yang sekarang ada di pasaran, menjadikannya lebih akurat. Akselerometer juga berpotensi meningkatkan navigasi inersia dalam sistem penting seperti pesawat militer, satelit, dan kapal selam, terutama saat sinyal GPS tidak tersedia.

Perangkat ini terdiri dari dua chip silikon dengan sinar laser inframerah yang masuk di bagian bawah chip dan keluar di bagian atas. Chip atas berisi massa bukti yang ditangguhkan oleh balok silikon, yang memungkinkan massa bergerak ke atas dan ke bawah secara bebas sebagai respons terhadap akselerasi. Lapisan cermin pada massa bukti dan cermin hemispherical yang melekat pada chip bawah membentuk rongga optik. Panjang gelombang cahaya inframerah dipilih sehingga hampir cocok dengan panjang gelombang resonansi rongga, memungkinkan cahaya untuk membangun intensitas saat memantul bolak-balik antara dua permukaan cermin berkali-kali sebelum keluar. Ketika perangkat mengalami percepatan, massa bukti bergerak, mengubah panjang rongga dan menggeser panjang gelombang resonansi. Ini mengubah intensitas cahaya yang dipantulkan. Pembacaan optik mengubah perubahan intensitas menjadi pengukuran akselerasi.

Akselerometer optomekanik mendeteksi akselerasi sekecil 32 miliar g, di mana g adalah akselerasi akibat gravitasi bumi. Itu sensitivitas yang lebih tinggi daripada akselerometer lain yang sekarang ada di pasaran dengan ukuran dan bandwidth yang sama. Dengan penyempurnaan lebih lanjut, perangkat ini dapat digunakan sebagai perangkat referensi portabel dengan akurasi tinggi untuk mengkalibrasi akselerometer lain tanpa harus membawanya ke laboratorium.