新型光纤可改进优化高性能陀螺仪

高性能陀螺仪被用于航空、地面、海洋和太空应用中的导航。来自霍尼韦尔公司和英国南安普顿大学光电研究中心的研究人员利用一种新型的中空芯光纤来解决限制谐振器光纤陀螺仪的因素。他们在陀螺仪稳定性这一最苛刻的性能要求上，比之前发表的涉及空芯光纤的工作提高了500倍之多。研究成果发表在《Optics Letters》杂志上。

谐振器光纤陀螺仪使用两个激光器，以相反的方向穿过光纤线圈。光纤的两端连接起来，形成一个光谐振器，这样大部分的光就会再循环，并绕着线圈进行多次行进。当线圈处于静止状态时，两个方向上行进的光束共享相同的谐振频率，但当线圈旋转时，谐振频率会相对移动，这种方式可用于计算安装陀螺仪的车辆或设备的运动方向。

霍尼韦尔开发谐振器光纤陀螺仪技术已经有一段时间了，因为与目前的传感器相比，谐振器光纤陀螺仪有可能在更小尺寸的设备中提供高精度的导航。然而，要找出一种光纤，能够承受这些陀螺仪所需的超细激光线宽下甚至是适度的激光功率水平，而不会造成非线性效应，降低传感器的性能，这一直是一个挑战。

南安普顿大学的Austin Taranta领导的新工作中，研究人员想看看一种全新类型的中空芯纤维是否能带来更多的改进。这类新型光纤被称为无节点抗谐振光纤（NANF），与其他中空芯光纤相比，它表现出的非线性效应水平更低。

NANF还具有较低的光衰减，这提高了谐振器的质量，因为光在光纤中的传播长度较长，可以保持其强度。事实上，这些光纤已被证明具有最低的光损耗，对于光谱的许多部分，是任何光纤中最低的损耗。

对于谐振器光纤陀螺仪来说，至关重要的是，光只能以单一路径穿过光纤。NANFs通过消除由反向散射、偏振耦合和模态杂质引起的光学误差来帮助实现这一目标，这些都是陀螺仪中误差或额外噪声的潜在来源。这消除了光纤技术中最重要的性能限制因素。

霍尼韦尔的研究人员进行了实验室研究，以确定新型光纤陀螺仪传感器在稳定的旋转条件下的性能，即只有在地球自转的情况下才会出现。这就确立了该仪器的 “偏置稳定性”。为了消除自由空间光学设置中的噪声和干扰，陀螺仪被安装在一个稳定的静态座上。通过加入NANFs，研究人员能够证明每小时0.05度的长期偏置稳定性，这接近于民用飞机导航所需的水平。

论文标题为《Hollow-core resonator fiber optic gyroscope using nodeless anti-resonant fiber》。
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