慣性感測器(Inertial sensor)是所有導航系統的心臟,它需要能夠感測三個方向的
移動(加速器),以及三個方向的旋轉(陀螺儀),如此可以知道物體在下一個時間點
所在位置以及面對的方位。此感測器可廣泛應用於太空(立方)衛星、無人機、水
下載具、國防工業、機器人、自動駕駛車以及潛艦等。慣性感測器以光纖陀螺儀
為技術核心,關鍵技術掌握在美國手中,由於光纖陀螺儀屬於機敏管制品,受到
美國國際武器貿易條例ITAR管制,不易從國外採購,且傳統光纖陀螺儀有體積大
與成本高的缺點,無法應用於對於體積、重量、功率消耗以及售價有嚴苛需求的
太空與商業應用。近年來歐洲、美國以及澳洲政府與民間業者投入大量資源開發
微型化光纖陀螺儀,嘗試利用光積體化技術解決傳統光纖陀螺儀的問題,開啟微
型光子陀螺儀技術的研發與應用。光積體化陀螺儀技術與美國國家科學技術委員
會於2022年發布的關鍵與新興技術(Critical and Emerging Technologies, CET
s)清單中的四項指標相呼應。
另一方面,隨著半導體CMOS製程的快速演進,矽光子技術的研究受到廣泛的注
目,此技術涵蓋積體電路設計、半導體製程與光纖通訊等跨領域學科,本研究團
隊於2016年開始與台積電等國內廠商開發矽光子技術平台,熟悉矽光子光電積體
電路微縮優勢,於2018年利用矽光子技術發展應用於光纖陀螺儀系統之光積體化
驅動晶片,並於2022年實現世界第一顆戰術級單軸矽光子陀螺儀封裝體,其偏差
不穩定度與隨機漫步角分別達到0.105 deg./hr 和0.097 deg./rt-hr的里程碑,受
到國內外媒體與相關產官學界的注目。此外,一個高精度慣性感測元件通常需要
三軸陀螺儀來提供三個方向的旋轉資訊,常見的做法就是拿三個單軸光纖陀螺儀
做組裝,成本較高且體積較大。本研究團隊延續在單軸矽光子陀螺驅動晶片的成
果,發展利用分波多工技術實現三軸矽光子陀螺儀單晶化的目標,並發展多項關
鍵技術優化,已獲證中華民國與美國專利,並於近期發表於該領域頂級國際期刊J
ournal of Lightwave Technology,此計畫獲得國科會吳大猷計畫的補助,同時
也獲得國防部軍備局突破式學合案的支持。目前也獲得澳洲與美國廠商的重視,
已簽署MOU並共同推廣至商用市場。