研究人員已經(jīng)加入了一種被稱為無節(jié)點(diǎn)抗諧振光纖的新型中空芯光纖，以提高諧振器光纖陀螺儀的性能。這些陀螺儀有朝一日可能會(huì)成為導(dǎo)航技術(shù)的基礎(chǔ)，這些技術(shù)比今天的系統(tǒng)更緊湊、更精確。
由于陀螺儀構(gòu)成了大多數(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)，新的研究有朝一日可能會(huì)給這種系統(tǒng)帶來重大的提升。
來自霍尼韋爾公司的研究小組負(fù)責(zé)人Glen A.Sanders表示："高性能陀螺儀被用于許多類型的航空、地面、海洋和空間應(yīng)用中的導(dǎo)航。我們的陀螺儀是一種高性能的陀螺儀。
雖然我們的陀螺儀仍處于早期開發(fā)階段，但如果它能達(dá)到全部性能，它將成為下一代制導(dǎo)和導(dǎo)航技術(shù)的一部分，不僅能提高精度，而且還能減小尺寸和重量。”
來自霍尼韋爾公司和英國(guó)南安普頓大學(xué)光電子研究中心的研究團(tuán)隊(duì)展示了他們?nèi)绾斡行У貞?yīng)用一種新型的中空芯光纖來解決許多限制早期諧振器光纖陀螺儀性能的因素。該研究報(bào)告發(fā)表在光學(xué)學(xué)會(huì)(OSA)雜志《Optics Letters》上。
通過這種方法，即使是對(duì)陀螺儀穩(wěn)定性這一具挑戰(zhàn)性的性能要求，也比以前發(fā)表的涉及中空芯光纖的研究提高了500倍之多。
“我們希望看到這些陀螺儀被用于下一代民用航空、自主車輛和其他許多采用導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用中。事實(shí)上，當(dāng)我們提高制導(dǎo)和導(dǎo)航系統(tǒng)的性能時(shí)，我們希望能開啟全新的功能和應(yīng)用。”霍尼韋爾公司Glen A.Sanders說。
用光感應(yīng)旋轉(zhuǎn)
諧振器光纖陀螺儀使用的兩個(gè)激光器通過光纖線圈以相反的方向傳遞。光纖兩端連接起來，形成一個(gè)光諧振器，使大部分光再循環(huán)，繞著光纖線圈走了無數(shù)趟。
當(dāng)線圈不活動(dòng)時(shí)，兩個(gè)方向上的光束共享同一種共振頻率。然而，當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)時(shí)，共振頻率會(huì)以一種可以利用的方式相對(duì)移動(dòng)，以確定放置陀螺儀的設(shè)備或車輛的定向或移動(dòng)方向。
相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間以來，霍尼韋爾公司一直在設(shè)計(jì)諧振器光纖陀螺儀技術(shù)，因?yàn)榕c目前的傳感器相比，這種儀器能夠在尺寸更緊湊的設(shè)備中提供高精度的導(dǎo)航。
但科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，很難檢測(cè)出一種光纖，即使是這種陀螺儀所需的超細(xì)激光線寬的適度激光功率水平，也能容忍，而不會(huì)引起任何影響傳感器性能的非線性效應(yīng)。
使用更好的光纖
在新的研究中，由南安普頓大學(xué)的Austin Taranta領(lǐng)導(dǎo)，該團(tuán)隊(duì)開始尋找一種全新的中空芯纖維是否能提供更多的增強(qiáng)功能。這種新的纖維系列被稱為無節(jié)點(diǎn)抗諧振纖維(NANF)，其非線性效應(yīng)甚至低于其他種類的中空芯纖維。
此外，NANF表現(xiàn)出較低的光衰減，這提高了諧振器的質(zhì)量，因?yàn)楣饪梢酝ㄟ^光纖在延長(zhǎng)的傳播長(zhǎng)度上維持其強(qiáng)度。事實(shí)上，與所有中空芯光纖相比，這類光纖已被證明具有低的光損耗，而且，對(duì)于許多光譜分量，其損耗是所有光纖中低的。
在諧振器光纖陀螺儀的情況下，光應(yīng)該只在單一方向通過光纖。NANFs通過消除由模態(tài)雜質(zhì)、偏振耦合和反向散射引起的光學(xué)缺陷，使之成為可行的，這些缺陷都是已知的陀螺儀中額外噪聲或誤差的可能來源。消除這種光學(xué)誤差，甚至可以消除其他類型光纖技術(shù)主要的性能限制因素。
"雖然這種傳感器的骨干是新型光纖，但我們也致力于以很高的精度大大降低感知共振頻率時(shí)的噪聲，"Sanders補(bǔ)充道。"這對(duì)于提高性能和向傳感器小型化發(fā)展至關(guān)重要。"
實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定性
霍尼韋爾公司的研究人員進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究，以確定新的光纖陀螺儀傳感器在一致的旋轉(zhuǎn)條件下的性能，也就是說，只有在地球旋轉(zhuǎn)的情況下才會(huì)出現(xiàn)。這一事實(shí)確立了儀器的"偏置穩(wěn)定性"。
為了消除自由空間光學(xué)設(shè)置中的干擾和噪音，研究人員將陀螺儀安裝在一個(gè)穩(wěn)定的靜態(tài)墩子上。隨后，他們整合了NANFs，并顯示出每小時(shí)0.05°的長(zhǎng)期偏置穩(wěn)定性，這近似于民用飛機(jī)導(dǎo)航所需的水平。
"通過在這一極其苛刻的應(yīng)用中展示NANFs的高性能，我們希望展示這些纖維在其他精密科學(xué)諧振腔中使用的非凡前景，"Taranta表示。
目前，該團(tuán)隊(duì)正在尋找方法來創(chuàng)建一個(gè)具有更穩(wěn)定和緊湊配置的原型陀螺儀。他們還計(jì)劃整合新一代的NANF，這種光纖的光損增強(qiáng)了4倍，偏振和模態(tài)純度大大提升。
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