4/27/2025，光纖在線訊，近日，我國科研團隊在空芯光纖陀螺技術領域取得重大成果，成功研制出全球首個導航級精度空芯光纖陀螺。這一成果由暨南大學物理與光電工程學院丁偉 / 汪瀅瑩團隊與中國船舶集團第七〇七研究所趙小明 / 羅巍 / 李茂春團隊聯(lián)合完成，相關研究成果已發(fā)表于《Nature Communications》。

光纖陀螺儀（FOG）基于薩格納克效應，是慣性導航、定位和姿態(tài)確定的核心器件。其中，閉環(huán)干涉式光纖陀螺儀（IFOG）憑借高分辨率和簡單結構，在軍事和民用領域廣泛應用。然而，傳統(tǒng)保偏實芯光纖（SCF）陀螺儀存在溫度、應變誘導的瞬態(tài)效應、法拉第效應、克爾效應等問題，限制了其進一步發(fā)展?？招竟饫w陀螺儀則顯著降低了法拉第效應和克爾效應的影響，具有更好的環(huán)境適應性。

此次我國科研團隊研制的空芯光纖陀螺實現了多項關鍵技術突破。在精度方面，其零偏不穩(wěn)定性達到 0.0017°/h，較現有記錄降低近 30 倍，首次達到導航級精度（0.001°/h 量級）。環(huán)境穩(wěn)定性也得到極大優(yōu)化，溫度靈敏度較傳統(tǒng)實芯光纖陀螺降低一個數量級，在復雜環(huán)境下的可靠性顯著提升。而且，樣機連續(xù)穩(wěn)定運行超過 185 小時，充分驗證了工程應用的可行性。

該空芯光纖陀螺采用全固態(tài)設計，具備啟動快、動態(tài)范圍大、抗干擾性強等優(yōu)勢，能夠滿足慣性導航系統(tǒng)對高精度角速度傳感器的需求。其在軍事、航空航天、無人駕駛等領域具有極高的應用價值，為新一代高精度導航技術提供了核心支撐。

從技術意義上看，這項成果實現了從理論創(chuàng)新到工程應用的完整跨越，標志著我國在全球慣性導航技術領域占據領先地位，為空芯光纖技術的規(guī)?；瘧瞄_辟了新路徑。自 2006 年空芯光纖陀螺概念提出以來，研究團隊歷經多年攻關，成功攻克模式雜散、偏振串擾等技術瓶頸，首次將空芯光纖陀螺推向實用化階段。

在此次研究中，團隊設計了一種低損耗、低彎曲損耗的四管截斷雙嵌套無節(jié)點反諧振空心光纖（tDNANF）。該光纖在 1525 - 1565nm 波長范圍內表現出約 20dB 的極化消光比（PER），具備優(yōu)異的單模操作和線性極化純度。使用 469m 的 tDNANF 線圈制造的陀螺儀，實現了 0.00383°/√h 的角隨機游走（ARW）和 0.0017°/h 的零偏不穩(wěn)定性（BI），這是首次實現導航級性能的空芯 FOG。

同時，該空芯 FOG 在熱穩(wěn)定性方面表現卓越，與相同尺寸的傳統(tǒng)保偏實芯光纖陀螺儀相比，在不同溫度范圍內的熱敏感性降低了 9.24/10.68/6.82 倍。研究團隊通過優(yōu)化純舒普效應和莫爾效應，顯著提高了陀螺儀的熱穩(wěn)定性。一系列實驗充分驗證了 tDNANF 光纖的低損耗、低彎曲損耗、高空間模式純度和高線性極化純度，陀螺儀測試也表明其性能達到導航級標準，并展現出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。

該研究為實現高性能空芯 FOG 邁出了重要一步，展示了空芯 IFOG 在導航級應用中的巨大潛力。研究團隊表示，未來將進一步優(yōu)化光纖的相位雙折射和主軸偏移，持續(xù)提升空芯 IFOG 的性能。