為了提高諧振式光纖陀螺的性能，研究人員采用了一種新型的空心光纖，即無節(jié)點(diǎn)反 共振光纖。這些陀螺儀有一天會成為導(dǎo)航技術(shù)的基礎(chǔ)，這種技術(shù)比現(xiàn)在的系統(tǒng)更緊湊、更精確。

研究人員在提高諧振式光纖陀螺的性能方面邁出了重要的新一步，諧振式光纖陀螺是一種只利用光感知旋轉(zhuǎn)的光纖傳感器。因?yàn)橥勇輧x是大多數(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)，這項(xiàng)新的工作有一天會給這些系統(tǒng)帶來重要的改進(jìn)。

霍尼韋爾國際研究小組的負(fù)責(zé)人Glen A. Sanders說：“高性能陀螺儀可用于多種類型的空中、地面、海洋和太空應(yīng)用中的導(dǎo)航。盡管我們的陀螺儀仍處于開發(fā)的早期階段，但如果它達(dá)到了其全部性能，它將有望成為下一代導(dǎo)航和導(dǎo)航技術(shù)中的一員，這些技術(shù)不僅可以提高精度，而且可以減少體積和重量。”

在光學(xué)學(xué)會（OSA）期刊《光學(xué)快報(bào)Optics Letters》上，來自霍尼韋爾大學(xué)（Honeywell）和英國南安普頓大學(xué)（University of Southampton）光電子學(xué)研究中心的研究人員描述了他們?nèi)绾问褂靡环N新型空心光纖來克服限制先前諧振式光纖陀螺的幾個因素。這使得他們能夠?qū)⒆羁量痰耐勇輧x穩(wěn)定性性能要求提高500倍之多，這是之前發(fā)表的涉及空心光纖的研究成果的500倍

Sanders說：“我們希望看到這些陀螺儀被用于下一代民用航空、自動駕駛汽車以及其他許多導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用中。事實(shí)上，隨著我們提高導(dǎo)航和導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，我們希望能夠開放全新的功能和應(yīng)用�！�

用光感應(yīng)旋轉(zhuǎn)

諧振式光纖陀螺儀使用兩個激光器，它們以相反的方向穿過一個光纖線圈。光纖的兩端連接起來形成一個光學(xué)諧振器，這樣大部分的光就會循環(huán)并繞著線圈走多次。當(dāng)線圈處于靜止?fàn)顟B(tài)時，在兩個方向上行進(jìn)的光束具有相同的諧振頻率，但是當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)時，諧振頻率會以可用于計(jì)算安裝陀螺儀的車輛或設(shè)備的運(yùn)動方向或者相對移動方向。

霍尼韋爾公司開發(fā)諧振式光纖陀螺技術(shù)已有一段時間了，因?yàn)榕c電流傳感器相比，它可以在更小尺寸的設(shè)備中提供高精度導(dǎo)航。然而，如何在這些陀螺儀所需的超精細(xì)激光線寬下，找出一種能承受中等激光功率水平的光纖，卻不會引起非線性效應(yīng)而降低傳感器性能，一直是一個挑戰(zhàn)。

“在2006年，我們開始建議使用空芯光纖作為諧振式光纖陀螺，” Sanders說，“由于這些光纖將光限制在中心空氣或充滿氣體的空隙中，基于它們的傳感器不會受到困擾基于固體光纖的傳感器的非線性影響�！�

使用更好的光纖

在這項(xiàng)由南安普頓大學(xué)Austin Taranta領(lǐng)導(dǎo)的新研究中，研究人員想看看一種全新的中空光纖是否能帶來更多的改進(jìn)。這種新型光纖被稱為無結(jié)反 共振光纖（NANF），它比其他空心光纖表現(xiàn)出更低的非線性效應(yīng)。

無結(jié)反 共振光纖還具有較低的光衰減，這提高了諧振器的質(zhì)量，因?yàn)楣庠谕ㄟ^光纖的較長傳輸長度上保持其強(qiáng)度。事實(shí)上，這些光纖已經(jīng)被證明具有比任何其他空芯光纖有更低的光損耗，并且在光譜的許多部分，比任何類型光纖損耗都要小。

對于諧振式光纖陀螺來說，光在光纖中的傳輸路徑必須是單一的。無結(jié)反 共振光纖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，這些都是陀螺儀中誤差或額外噪聲的潛在來源。它們的排除消除了其他光纖技術(shù)最重要的性能限制因素。

Sanders說：“雖然這種傳感器的主干是新型光纖，但我們在以前所未有的精度感知共振頻率時也致力于大幅降低噪音。這對于提高傳感器性能和朝著小型化方向發(fā)展至關(guān)重要�！�

實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定

霍尼韋爾的研究人員進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究，以表征新型光纖陀螺傳感器在穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)條件下的性能，即僅在地球自轉(zhuǎn)的情況下。這就建立了儀器的“偏差穩(wěn)定性”。為了消除自由空間光學(xué)裝置中的噪聲和干擾，陀螺儀被安裝在一個穩(wěn)定的、靜止的橋墩上。通過合并無結(jié)反 共振光纖，研究人員能夠證明0.05度/小時的長期偏差穩(wěn)定性，這接近于民用飛機(jī)導(dǎo)航所需的水平。

“通過展示納米纖維在這一極其苛刻的應(yīng)用中的高性能，我們希望展示這些光纖在其他精密科學(xué)諧振腔中的特殊應(yīng)用前景�！� Taranta說，該研究人員目前正致力于制造一種結(jié)構(gòu)更緊湊、更穩(wěn)定的陀螺儀原型。他們還計(jì)劃采用最新一代納米晶閘管，這種納米晶閘管的光損耗提高了四倍，同時極大地提高了模式和偏振純度。

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