Acelerómetro basado en luz láser

La bolsa de aire de un automóvil se despliega gracias a un acelerómetro, un sensor que detecta cambios repentinos en la velocidad. Los acelerómetros mantienen a los cohetes y aviones en la ruta de vuelo correcta, brindan navegación para automóviles autónomos y rotan las imágenes para que permanezcan boca arriba en teléfonos celulares y tabletas, entre otras tareas esenciales.

Un equipo de investigadores ha desarrollado un acelerómetro de un milímetro de espesor que utiliza luz láser en lugar de tensión mecánica para producir una señal. Aunque algunos otros acelerómetros también se basan en la luz, el diseño del nuevo instrumento hace que el proceso de medición sea más sencillo y proporciona una mayor precisión. También opera en un mayor rango de frecuencias y ha sido probado más rigurosamente que dispositivos similares.

El acelerómetro optomecánico es mucho más preciso que los mejores acelerómetros comerciales y no necesita someterse al lento proceso de calibraciones periódicas. De hecho, debido a que el instrumento usa luz láser de una frecuencia conocida para medir la aceleración, en última instancia, puede servir como un estándar de referencia portátil para calibrar otros acelerómetros ahora en el mercado, haciéndolos más precisos. El acelerómetro también tiene el potencial de mejorar la navegación inercial en sistemas críticos como aviones militares, satélites y submarinos, especialmente cuando no se dispone de una señal de GPS.

El dispositivo consta de dos chips de silicio con luz láser infrarroja que entra por el chip inferior y sale por la parte superior. El chip superior contiene una masa de prueba suspendida por rayos de silicio, lo que permite que la masa se mueva hacia arriba y hacia abajo libremente en respuesta a la aceleración. Un revestimiento espejado en la masa de prueba y un espejo hemisférico unido al chip inferior forman una cavidad óptica. La longitud de onda de la luz infrarroja se elige de modo que casi coincida con la longitud de onda resonante de la cavidad, lo que permite que la luz adquiera intensidad a medida que rebota entre las dos superficies espejadas muchas veces antes de salir. Cuando el dispositivo experimenta una aceleración, la masa de prueba se mueve, cambiando la longitud de la cavidad y cambiando la longitud de onda resonante. Esto altera la intensidad de la luz reflejada. Una lectura óptica convierte el cambio de intensidad en una medida de aceleración.

El acelerómetro optomecánico detecta aceleraciones tan pequeñas como 32 mil millonésimas de g, donde g es la aceleración debida a la gravedad de la Tierra. Esa es una sensibilidad más alta que otros acelerómetros ahora en el mercado con tamaño y ancho de banda similares. Con más mejoras, el dispositivo podría usarse como un dispositivo de referencia portátil de alta precisión para calibrar otros acelerómetros sin tener que llevarlos a un laboratorio.