12/24/2020，光纖在線訊，據(jù)外媒報道，來自霍尼韋爾和英國南安普頓大學(xué)光電子研究中心（University of Southampton's Optoelectronics Research Centre ）的研究人員使用一種新型空心光纖（hollow core optical fiber），克服了先前限制諧振腔光纖陀螺儀（resonator fiber optic gyroscopes）性能的幾個因素，大幅度提高了陀螺儀的性能，比此前發(fā)布的涉及空心光纖的傳感器性能高500倍。諧振腔光纖陀螺儀是一種僅使用光來感知旋轉(zhuǎn)的光纖傳感器。由于陀螺儀是大多數(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因此這項新工作有望為這些系統(tǒng)帶來重大改進(jìn)。



霍尼韋爾（Honeywell ）研究團隊的Glen A. Sanders表示，“高性能陀螺儀用于多種空中、地面、海洋和太空應(yīng)用的導(dǎo)航。盡管我們的陀螺儀仍處于早期開發(fā)階段，如果能發(fā)揮其全部性能，將成為下一代精度更高、體積更小、重量更輕的導(dǎo)航技術(shù)之一。”Sanders還稱，“我們希望將這些陀螺儀用于下一代民用航空、自動駕駛汽車，以及其他應(yīng)用的導(dǎo)航系統(tǒng)。而且隨著性能的不斷提升，我們還希望開辟全新的功能和應(yīng)用�！�

諧振式光纖陀螺儀使用兩束激光，沿相反的方向穿過光纖線圈。光纖末端相連接，形成一個光學(xué)諧振器，如此一來，大多數(shù)光將繞著線圈循環(huán)。當(dāng)線圈靜止時，沿著兩個方向傳播的光束具有相同的共振頻率；但當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)時，共振頻率會發(fā)生相對變化，從而可用于計算運動方向，或?qū)ρb有陀螺儀的車輛或設(shè)備進(jìn)行定位。

霍尼韋爾開發(fā)諧振腔光纖陀螺儀技術(shù)已有一段時間，因為與電流傳感器相比，諧振腔光纖陀螺儀具有在尺寸更小的設(shè)備上提供高精度導(dǎo)航的潛力。然而，很難找到一種光纖能夠在陀螺儀所需的超細(xì)激光線寬下，消耗極低的激光功率水平，而不產(chǎn)生非線性影響甚至導(dǎo)致降低傳感器性能。Sanders稱，“2006年，我們提出將空心光纖用于諧振腔光纖陀螺儀。由于這些光纖將光線限制在充滿氣體的空隙中，因此基于此種光纖的傳感器不會像基于固體光纖的傳感器那樣會受到非線性影響。”

研究人員想確認(rèn)一種新型纖維稱作無節(jié)點反共振纖維（NANF）是否能帶來更多改進(jìn)。，與其他空心芯纖維相比，這種纖維表現(xiàn)出更低水平的非線性效應(yīng)。NANF還具有較低的光學(xué)衰減，光在通過光纖的較長傳播長度中可保持其強度，從而可提高諧振器的質(zhì)量。事實上，這些光纖已證實是所有空心光纖中光損耗最小的，并且在光譜的許多部分中，也是所有光纖中損耗最小的。

對于諧振腔光纖陀螺儀而言，最重要的是確保光在光纖中只沿著一條路徑傳播。NANF有助于消除由后向散射、偏振耦合和模態(tài)雜質(zhì)引起的光學(xué)誤差，而這些誤差都是陀螺儀誤差或噪聲的潛在來源。消除這些誤差，就消除了其他光纖技術(shù)最重要的性能限制因素。Sanders表示，“雖然這種傳感器最重要的部件是新型光纖，但我們在提高共振頻率感知精度的同時，也在努力大幅降低噪聲。這對于提高傳感器性能和縮小傳感器尺寸至關(guān)重要�！�

霍尼韋爾的研究人員進(jìn)行了實驗室研究，以描述此種新型光纖陀螺儀傳感器在穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)條件下（即僅在地球自轉(zhuǎn)存在的情況下）的性能。為了消除自由空間光學(xué)裝置中的噪聲和干擾，陀螺儀被安裝在穩(wěn)定、靜態(tài)的支柱上。通過采用NANF，研究人員實現(xiàn)了0.05度每小時的長期偏壓穩(wěn)定度，接近民用飛機導(dǎo)航所需水平。

研究人員Taranta表示，“通過在這種極其苛刻的應(yīng)用中展示NANF的高性能，我們希望將這些纖維用于其他精密科學(xué)共振腔中。”目前，研究人員正致力于打造結(jié)構(gòu)更緊湊、性能更穩(wěn)定的陀螺儀原型。此外，他們還計劃采用最新一代NANF，該光纖可將光損耗降低4倍，而且模態(tài)和偏振純度也大大提高。