研究中心推動目標與重要性：

慣性感測器中的陀螺儀是整個感測器核心，目前廣泛使用的種類包含中低精度微機電陀螺儀晶片以及高精度環形雷射陀螺儀和光纖陀螺儀。光纖陀螺儀是一種用來在固定軸向感測角速率的裝置，基於角動量守恆的理論(Sagnac effect)設計出來的，經過數十年的研究，光纖陀螺儀的特性已在高精度陀螺市場扮演重要角色。圖一顯示陀螺儀技術演進路線圖，傳統機械式的陀螺儀目前已被環形雷射陀螺儀、光纖陀螺儀以及微機電陀螺儀所取代，各自佔據不同等級的市場，圖中可看出光纖陀螺儀從1980年代研發至今已成為一成熟的技術，微機電陀螺儀則因打入消費者市場，市場的滲透度較高，但因為精準度較差無法打入高端慣性感測器市場。值得一提的是光積體化陀螺儀Photonic integrated gyro(紫色虛線)，此技術從2018年發展至今仍在快速成長中，YOLE Intelligence看好此技術在2050年左右的市場滲透度與微機電陀螺儀相當，主要的原因就是解決了傳統光纖陀螺儀由多個離散元件組成，有體積大與成本高的缺點，而運用光積體化技術開發微型光纖陀螺儀的研究計畫近年來在國際間開展。

圖一、陀螺儀技術演進路線圖(YOLE Intelligence 2022)。

目前全世界慣性感測器的市場在工業與國防市場將達45億美元，常使用於需要導航或姿態控制等國防與工業應用，其中又以高精度光纖陀螺儀技術為主要核心，關鍵技術掌握在美國手中，中國投入大量資源發展。由於光纖陀螺儀屬於機敏國防管制品，不易從國外採購，因此國家中山科學研究院四十年前就開始自主研發光纖陀螺儀，近年來突破技術門檻並應用在探空火箭，朝向國防技術自主邁進。然而，傳統光纖陀螺儀有體積大與成本高的缺點，無法應用於立方衛星、無人機、自動駕駛車等國防太空與商業應用。本研究中心集合國內光纖陀螺儀產業界、法人與學術研究量能，發展微型化光纖陀螺儀模組與慣性感測器系統應用，達到技術深根與人才培育的目標。

光纖陀螺儀原理：

慣性感測器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。利用光學的方式實現陀螺儀具有超高精準度的特性，主要感測元件為數百公尺(約操場一圈的距離)、比頭髮細的光纖環，搭配多個離散光電元件所組成的系統。藉由在光纖環中順時針和逆時針光信號時間差得到旋轉的方向與速度。本團隊將光纖以外的元件製作在一光電控制晶片上，大幅微縮光纖陀螺儀的體積與成本(圖二)。

圖二、本團隊開發之微型矽光子光纖陀螺儀模組。

研究團隊發展現況：

中山大學研究團隊從2015年開始與國家太空中心/中科院共同開發光子陀螺儀單晶片，並於2018年獲得科技部四年65,700,000元的矽光子旗艦計畫支持，開發世界第一顆矽光子光纖陀螺儀微型化模組，同時吸引業界的支持，過去五年從產業界獲得產學合作計畫共42件，總金額達62,132,862元，獲證國內外專利24件，技術轉移案7件，技轉金達3,821,500元。矽光子光纖陀螺儀達到戰術級特性(Bias drift = 0.158 ^o/hr)(圖三)，2021年底受邀至國科會召開記者會推廣。

圖三、本團隊目前所達到的里程碑。