Accéléromètre à lumière laser

Un airbag automobile se déploie grâce à un accéléromètre, un capteur qui détecte les changements brusques de vitesse. Les accéléromètres maintiennent les fusées et les avions sur la bonne trajectoire de vol, assurent la navigation des voitures autonomes et font pivoter les images afin qu'elles restent à l'endroit sur les téléphones portables et les tablettes, entre autres tâches essentielles.

Une équipe de chercheurs a mis au point un accéléromètre d'un millimètre d'épaisseur qui utilise la lumière laser au lieu d'une contrainte mécanique pour produire un signal. Bien que quelques autres accéléromètres reposent également sur la lumière, la conception du nouvel instrument rend le processus de mesure plus simple, offrant une plus grande précision. Il fonctionne également sur une plus grande plage de fréquences et a été testé plus rigoureusement que des appareils similaires.

L'accéléromètre optomécanique est beaucoup plus précis que les meilleurs accéléromètres commerciaux et n'a pas besoin de subir le processus fastidieux d'étalonnages périodiques. En fait, comme l'instrument utilise une lumière laser d'une fréquence connue pour mesurer l'accélération, il peut finalement servir d'étalon de référence portable pour calibrer d'autres accéléromètres actuellement sur le marché, les rendant plus précis. L'accéléromètre a également le potentiel d'améliorer la navigation inertielle dans des systèmes critiques tels que les avions militaires, les satellites et les sous-marins, en particulier lorsqu'un signal GPS n'est pas disponible.

L'appareil se compose de deux puces en silicium avec une lumière laser infrarouge entrant par la puce inférieure et sortant par le haut. La puce supérieure contient une masse d'épreuve suspendue par des poutres en silicium, ce qui permet à la masse de monter et descendre librement en réponse à l'accélération. Un revêtement miroir sur la masse d'épreuve et un miroir hémisphérique fixé à la puce inférieure forment une cavité optique. La longueur d'onde de la lumière infrarouge est choisie de sorte qu'elle corresponde presque à la longueur d'onde de résonance de la cavité, permettant à la lumière de gagner en intensité lorsqu'elle rebondit plusieurs fois entre les deux surfaces réfléchissantes avant de sortir. Lorsque l'appareil subit une accélération, la masse d'épreuve se déplace, modifiant la longueur de la cavité et déplaçant la longueur d'onde de résonance. Cela modifie l'intensité de la lumière réfléchie. Une lecture optique convertit le changement d'intensité en une mesure d'accélération.

L'accéléromètre optomécanique détecte des accélérations aussi infimes que 32 milliardièmes de g, où g est l'accélération due à la gravité terrestre. C'est une sensibilité plus élevée que les autres accéléromètres actuellement sur le marché avec une taille et une bande passante similaires. Avec d'autres améliorations, l'appareil pourrait être utilisé comme un appareil de référence portable de haute précision pour étalonner d'autres accéléromètres sans avoir à les apporter dans un laboratoire.