新型光纖可改進(jìn)優(yōu)化高性能陀螺儀

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(lái)自霍尼韋爾公司和英國(guó)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(lái)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《OpTIcsLetters》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(guò)光纖線圈。光纖的兩端連接起來(lái)，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(kāi)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AusTInTaranta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(lái)更多的改進(jìn)。這類新型光纖被稱為無(wú)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(zhǎng)度較長(zhǎng)，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(lái)說(shuō)，至關(guān)重要的是，光只能以單一路徑穿過(guò)光纖。NANFs通過(guò)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(lái)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(lái)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(guò)加入NANFs，研究人員能夠證明每小時(shí)0.05度的長(zhǎng)期偏置穩(wěn)定性，這接近于民用飛機(jī)導(dǎo)航所需的水平。

來(lái)源：科技報(bào)告與資訊

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