中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
據外媒報道，來(lái)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(gè)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(lái)感知旋轉的光纖傳感器。由于陀螺儀是大多數導航系統的基礎，因此這項新工作有望為這些系統帶來(lái)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、海洋和太空應用的導航。盡管我們的陀螺儀仍處于早期開(kāi)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、重量更輕的導航技術(shù)之一?！盨anders還稱(chēng)，“我們希望將這些陀螺儀用于下一代民用航空、自動(dòng)駕駛汽車(chē)，以及其他應用的導航系統。而且隨著(zhù)性能的不斷提升，我們還希望開(kāi)辟全新的功能和應用?！?/p>
諧振式光纖陀螺儀使用兩束激光，沿相反的方向穿過(guò)光纖線(xiàn)圈。光纖末端相連接，形成一個(gè)光學(xué)諧振器，如此一來(lái)，大多數光將繞著(zhù)線(xiàn)圈循環(huán)。當線(xiàn)圈靜止時(shí)，沿著(zhù)兩個(gè)方向傳播的光束具有相同的共振頻率；但當線(xiàn)圈旋轉時(shí)，共振頻率會(huì )發(fā)生相對變化，從而可用于計算運動(dòng)方向，或對裝有陀螺儀的車(chē)輛或設備進(jìn)行定位。
霍尼韋爾開(kāi)發(fā)諧振腔光纖陀螺儀技術(shù)已有一段時(shí)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備上提供高精度導航的潛力。然而，很難找到一種光纖能夠在陀螺儀所需的超細激光線(xiàn)寬下，消耗極低的激光功率水平，而不產(chǎn)生非線(xiàn)性影響甚至導致降低傳感器性能。Sanders稱(chēng)，“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(xiàn)限制在充滿(mǎn)氣體的空隙中，因此基于此種光纖的傳感器不會(huì )像基于固體光纖的傳感器那樣會(huì )受到非線(xiàn)性影響?！?/p>
研究人員想確認一種新型纖維稱(chēng)作無(wú)節點(diǎn)反共振纖維（NANF）是否能帶來(lái)更多改進(jìn)。，與其他空心芯纖維相比，這種纖維表現出更低水平的非線(xiàn)性效應。NANF還具有較低的光學(xué)衰減，光在通過(guò)光纖的較長(cháng)傳播長(cháng)度中可保持其強度，從而可提高諧振器的質(zhì)量。事實(shí)上，這些光纖已證實(shí)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(zhù)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(lái)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(shí)，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?！?/p>
霍尼韋爾的研究人員進(jìn)行了實(shí)驗室研究，以描述此種新型光纖陀螺儀傳感器在穩定旋轉條件下（即僅在地球自轉存在的情況下）的性能。為了消除自由空間光學(xué)裝置中的噪聲和干擾，陀螺儀被安裝在穩定、靜態(tài)的支柱上。通過(guò)采用NANF，研究人員實(shí)現了0.05度每小時(shí)的長(cháng)期偏壓穩定度，接近民用飛機導航所需水平。
研究人員Taranta表示，“通過(guò)在這種極其苛刻的應用中展示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?！蹦壳?，研究人員正致力于打造結構更緊湊、性能更穩定的陀螺儀原型。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。
