高性能陀螺儀被用于航空、地面、海洋和太空應(yīng)用中的導(dǎo)航。來自霍尼韋爾公司和英國南安普頓大學(xué)光電研究中心的研究人員利用一種新型的中空芯光纖來解決限制諧振器光纖陀螺儀的因素。他們?cè)谕勇輧x穩(wěn)定性這一最苛刻的性能要求上，比之前發(fā)表的涉及空芯光纖的工作提高了500倍之多。研究成果發(fā)表在《Optics Letters》雜志上。

諧振器光纖陀螺儀使用兩個(gè)激光器，以相反的方向穿過光纖線圈。光纖的兩端連接起來，形成一個(gè)光諧振器，這樣大部分的光就會(huì)再循環(huán)，并繞著線圈進(jìn)行多次行進(jìn)。當(dāng)線圈處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，兩個(gè)方向上行進(jìn)的光束共享相同的諧振頻率，但當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)時(shí)，諧振頻率會(huì)相對(duì)移動(dòng)，這種方式可用于計(jì)算安裝陀螺儀的車輛或設(shè)備的運(yùn)動(dòng)方向。

霍尼韋爾開發(fā)諧振器光纖陀螺儀技術(shù)已經(jīng)有一段時(shí)間了，因?yàn)榕c目前的傳感器相比，諧振器光纖陀螺儀有可能在更小尺寸的設(shè)備中提供高精度的導(dǎo)航。然而，要找出一種光纖，能夠承受這些陀螺儀所需的超細(xì)激光線寬下甚至是適度的激光功率水平，而不會(huì)造成非線性效應(yīng)，降低傳感器的性能，這一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。

南安普頓大學(xué)的Austin Taranta領(lǐng)導(dǎo)的新工作中，研究人員想看看一種全新類型的中空芯纖維是否能帶來更多的改進(jìn)。這類新型光纖被稱為無節(jié)點(diǎn)抗諧振光纖（NANF），與其他中空芯光纖相比，它表現(xiàn)出的非線性效應(yīng)水平更低。

NANF還具有較低的光衰減，這提高了諧振器的質(zhì)量，因?yàn)楣庠诠饫w中的傳播長度較長，可以保持其強(qiáng)度。事實(shí)上，這些光纖已被證明具有最低的光損耗，對(duì)于光譜的許多部分，是任何光纖中最低的損耗。

對(duì)于諧振器光纖陀螺儀來說，至關(guān)重要的是，光只能以單一路徑穿過光纖。NANFs通過消除由反向散射、偏振耦合和模態(tài)雜質(zhì)引起的光學(xué)誤差來幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這些都是陀螺儀中誤差或額外噪聲的潛在來源。這消除了光纖技術(shù)中最重要的性能限制因素。

霍尼韋爾的研究人員進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究，以確定新型光纖陀螺儀傳感器在穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)條件下的性能，即只有在地球自轉(zhuǎn)的情況下才會(huì)出現(xiàn)。這就確立了該儀器的 “偏置穩(wěn)定性”。為了消除自由空間光學(xué)設(shè)置中的噪聲和干擾，陀螺儀被安裝在一個(gè)穩(wěn)定的靜態(tài)座上。通過加入NANFs，研究人員能夠證明每小時(shí)0.05度的長期偏置穩(wěn)定性，這接近于民用飛機(jī)導(dǎo)航所需的水平。

論文標(biāo)題為《Hollow-core resonator fiber optic gyroscope using nodeless anti-resonant fiber》。
責(zé)編AJX