微型陀螺前景廣闊，但佔領市場主流尚需時日

智能手機的各種功能離不開傳感器支持——加速度計、磁強計、溫度傳感器、GPS 組件和陀螺。當然，這些傳感器都要佔用手機內太空，並消耗電量。因此，它們一方面讓手機更智能，一方面讓手機電池消耗得更快。

在各類型產品中，雷射陀螺被認為是微型陀螺的理想方案，其最突出的優點是理論上能提供信噪比很高的輸出信號。不過到目前為止，這種理論優勢尚未在產品中實現。

圖丨雷射陀螺也可以做的很大，比如這個航天用途的陀螺

優勢和劣勢

為了解釋產品化面臨的阻礙，需要檢視雷射陀螺的工作原理。雷射被送入一個環形光路中，一半的光沿順時針方向運動，另外一半的光沿逆時針方向運動，然後兩束光在環形光路的另一端匯聚混合。

如果環形光路自身是靜止的，那麽這 2 束光混合之後的輸出光，跟進入環形光路的輸入光相比，不會有什麽區別。

但是，如果環形光路自身在旋轉，那麽其中一束光走過的路程會比另外一束光稍微長一些。這導致兩束光匯合之後，輸出光與輸入光有略微不同。

如果測量輸入光和輸出光的功率，會發現後者的功率低於前者。陀螺旋轉越快，這個效應越顯著。這種測量具有極高的靈敏度——足以探測極其微弱的引力波，因此基於此原理的雷射陀螺也可望擁有極高的靈敏度。

雷射陀螺對地球的轉動非常敏感，但是很遺憾，它對氣溫變化、行人腳步、建築工地和人的話語聲同樣敏感。不僅如此，雷射陀螺的靈敏度跟其體積成正比，但智能手機需要的傳感器卻是越小越好。

彌補缺陷的工程設計

此外，雷射陀螺在工程上也存在諸多挑戰。比如，理論上兩束光的光路長度應該完全一致，但是在工程中總是會存在差異。此外，氣溫也會導致輸出信號的系統性偏差，而這種偏差無法跟陀螺轉動產生的信號區分開來。

工程師的改進辦法是：讓 2 束光在不同的環形光路中運動，而每個環形光路中的光的方向快速變化。比如，第一個環形光路首先輸入沿順時針方向前進的光，然後切換到輸入沿逆時針方向前進的光，再切換回來。第二個環形光路的切換順序剛好相反。

借助這種設計能消除大部分系統誤差：其中 1 個環形光路的光程可能比另外 1 個環形光路長一點，但這無關緊要——通過平均，這種偏差可以被消除。氣溫的變化也可以通過快速切換 2 個環的光行方向來消除——當然，前提是 2 個環的溫度相同。如果 2 個環的溫度不同，仍然無法通過這種快速切換方式來消除。

此外，光不只是在環中走 1 圈，而是走幾千圈。陀螺對旋轉的靈敏度跟走的圈數成正比，這個原理可以允許小陀螺也獲得很高的精度。

最終，雷射陀螺可以做到只有幾個平方毫米大小，對氣溫和製造誤差的敏感度遠遠低於早期雷射陀螺。

仍然不夠好

不過，雷射陀螺進入手機的那一天仍然尚未到來。首先，儘管研究報告論證了高靈敏度雷射陀螺理論上可以做得很小，但是其性能仍然趕不上目前的商用產品。具體地，雷射陀螺的角漂移是市面現有產品的 1000 倍。當然，看好雷射陀螺的業界人士希望，這種差異的來源是現有商用陀螺內部補償系統，而不是物理原理規定的雷射陀螺性能上限。

雷射陀螺最具吸引力的優勢在於：其體積和功耗比現有商用陀螺更好。業界預期，10 年內，用於手機的雷射陀螺可能實現商品化。