Integrated Microphotonic-MEMS Inertial Sensors

Au cours de la dernière décennie, le développement du contrôle d'attitude de petits satellites a évolué vers une stabilisation complète à trois axes et un contrôle précis alors que leur application augmente dans les télécommunications et les missions de connaissance de l'espace. Pour les systèmes spatiaux, les principaux facteurs sont la puissance, la masse et la fiabilité dans l'environnement spatial. Ceci est associé à une nécessité croissante de systèmes de navigation inertielle compacts et de faible puissance. Les systèmes de navigation actuels d'engins spatiaux consistent en différents capteurs et processeurs qui ne sont pas optimisés pour fonctionner ensemble. Cela est coûteux et peut exiger une réduction considérable de la masse et des ressources en puissance disponibles sur un petit engin spatial. Par conséquent, les composants doivent être optimisés par rapport à leur taille, design et procédé de fabrication. L'objectif de cette thèse est de concevoir, simuler, fabriquer et caractériser des accéléromètres et des capteurs de vitesse de rotation (gyroscopes) planaires miniatures à haute sensibilité et faible coût à base de microsystèmes électromécaniques (MEMS) à bande interdite photonique (PBG) sur un substrat silicium-sur-isolant (SOI) afin d'intégrer un réseau à deux axes de ces capteurs sur une même plate-forme SOI. L'utilisation de dispositifs optiques à guide d'ondes intégrés avec des MEMS sur SOI pour les systèmes de capteurs multicanaux/multifonctions permet l'utilisation de capteurs multiples pour étendre la gamme de mesure et la précision. Cela fournit une redondance essentielle qui rend possible une fiabilité à long terme dans l'environnement spatial, réduisant ainsi la possibilité de défaillance du système. Un navigateur sur puce représente également la capacité à accommoder divers capteurs d'attitude et inertiels sur la même puce afin d'éliminer le besoin de nombreux capteurs séparés. Le produit final présente une réduction de plusieurs ordres de grandeur de la masse et de la taille du système. En outre, la redondance améliore la performance nette et la précision des systèmes de mesure de navigation. Deux classes d'accéléromètres/gyroscopes optiques sont examinées dans cette thèse pour application dans la navigation de petits satellites, l'une fondée sur un filtre accordable Fabry-Perot (FP), où le capteur est actionné par l'accélération appliquée fournissant un décalage de la longueur d'onde d'opération qui varie linéairement avec l'accélération appliquée, et l'autre fondée sur un atténuateur optique variable (VOA), où le capteur est actionné par l'accélération appliquée fournissant pour les petits déplacements un changement linéaire de l'intensité relative du signal