陀螺仪是帮助车辆、无人机、可穿戴和手持电子设备知道它们在三维空间中的方位的设备。它们在我们每天依赖的几乎每一项技术中都很常见。

最初，陀螺仪是一组嵌套的轮子，每个轮子都在不同的轴上旋转。

但今天打开手机，你会发现一个微型机电传感器(MEMS)，现代的等效元件，它可以测量作用在两个相同质量上的力的变化，这两个相同的质量在振动和向相反的方向运动。

移动设备上的陀螺仪可以被用于导航、摄像头防抖、游戏传感器等应用。

这些MEMS陀螺仪的灵敏度是有限的，因此光学陀螺仪已经被开发用来执行同样的功能，但没有移动部件，使用一种叫做Sagnac效应的现象获得更高的精度。

萨尼亚克(Sagnac)效应是以法国物理学家乔治·萨尼亚克的名字命名的，是一种根植于爱因斯坦广义相对论的光学现象。

为了制造出它，一束光被分成两束，两束光沿着一个圆形的路径向相反的方向运动，然后在同一光探测器上相遇。

光以恒定的速度传播，因此旋转这个装置——以及光传播的路径——会使两束光中的一束先于另一束到达探测器。

在每个方向轴上都有一个循环，这个相位偏移，被称为Sagnac效应，可以用来计算方向。

目前最小的高性能光学陀螺仪比高尔夫球还大，不适合许多便携式应用。

随着光学陀螺仪的建造越来越小，捕获Sagnac效应的信号也越来越小，这使得陀螺仪检测运动变得越来越困难。

到目前为止，这已经阻止了光学陀螺仪的小型化。

Ali Hajimiri，工程与应用科学系电子工程与医学工程教授，以他为首的加州理工学院的工程师开发了一种新的光学陀螺仪,500倍小于当前最先进的设备,但他们可以检测相移小于30倍的系统。

这种新装置在11月出版的《自然光子学》杂志上发表的一篇论文中有介绍。

来自Hajimiri实验室的新陀螺仪通过使用一种称为“相互灵敏度增强”的新技术实现了这种改进性能。

在这种情况下，“相互”意味着它以同样的方式影响陀螺仪内的两束光。

由于Sagnac效应依赖于在两束光束反向传播时探测到它们之间的差异，因此它被认为是不可逆的。

在陀螺仪内部，光线通过微型化的光波导(携带光线的小管道，其功能与电线的电功能相同)传播。

光路中可能影响光束的缺陷(例如，热波动或光散射)和任何外界干扰都会同样影响两束光束。

Hajimiri的团队找到了一种方法，可以在不破坏Sagnac效应信号的情况下消除这种相互干扰。

相互灵敏度增强从而提高了系统的信噪比，使光学陀螺仪集成到比米粒还小的芯片上。

本文的题目是“具有互灵敏度增强的纳米光子光学陀螺仪”。研究生Parham Khial是第一作者，本科生Alexander White是合著者。

这项研究是由Rothenberg创新计划资助的。