我国科研团队成功研制全球首个导航级精度空芯光纤陀螺

  4/27/2025，光纤在线讯，近日，我国科研团队在空芯光纤陀螺技术领域取得重大成果，成功研制出全球首个导航级精度空芯光纤陀螺。这一成果由暨南大学物理与光电工程学院丁伟/汪滢莹团队与中国船舶集团第七〇七研究所赵小明/罗巍/李茂春团队联合完成，相关研究成果已发表于《NatureCommunications》。

  光纤陀螺仪（FOG）基于萨格纳克效应，是惯性导航、定位和姿态确定的核心器件。其中，闭环干涉式光纤陀螺仪（IFOG）凭借高分辨率和简单结构，在军事和民用领域大范围的应用。然而，传统保偏实芯光纤（SCF）陀螺仪存在温度、应变诱导的瞬态效应、法拉第效应、克尔效应等问题，限制了其逐步发展。空芯光纤陀螺仪则明显降低了法拉第效应和克尔效应的影响，具有更加好的环境适应性。

  此次我国科研团队研制的空芯光纤陀螺实现了多项关键技术突破。在精度方面，其零偏不稳定性达到0.0017°/h，较现有记录降低近30倍，首次达到导航级精度（0.001°/h量级）。环境稳定性也得到极大优化，温度灵敏度较传统实芯光纤陀螺降低一个数量级，在复杂环境下的可靠性明显提升。而且，样机连续稳定运行超过185小时，充分验证了工程应用的可行性。

  该空芯光纤陀螺采用全固态设计，具备启动快、动态范围大、抗干扰性强等优势，能够很好的满足惯性导航系统对高精度角速度传感器的需求。其在军事、航空航天、无人驾驶等领域具有极高的应用价值，为新一代高精度导航技术提供了核心支撑。

  从技术意义上看，这项成果实现了从理论创新到工程应用的完整跨越，标志着我国在全球惯性导航技术领域占据领头羊，为空芯光纤技术的规模化应用开辟了新路径。自2006年空芯光纤陀螺概念提出以来，研究团队历经多年攻关，成功攻克模式杂散、偏振串扰等技术瓶颈，首次将空芯光纤陀螺推向实用化阶段。

  在此次研究中，团队设计了一种低损耗、低弯曲损耗的四管截断双嵌套无节点反谐振空心光纤（tDNANF）。该光纤在1525-1565nm波长范围内表现出约20dB的极化消光比（PER），具备优异的单模操作和线m的tDNANF线圈制造的陀螺仪，实现了0.00383°/√h的角随机游走（ARW）和0.0017°/h的零偏不稳定性（BI），这是首次实现导航级性能的空芯FOG。

  同时，该空芯FOG在热稳定性方面表现卓越，与相同尺寸的传统保偏实芯光纤陀螺仪相比，在不一样的温度范围内的热敏感性降低了9.24/10.68/6.82倍。研究团队通过优化纯舒普效应和莫尔效应，明显提高了陀螺仪的耐热性。一系列实验充分验证了tDNANF光纤的低损耗、低弯曲损耗、高空间模式纯度和高线性极化纯度，陀螺仪测试也表明其性能达到导航级标准，并展现出优异的热稳定性。

  该研究为实现高性能空芯FOG迈出了重要一步，展示了空芯IFOG在导航级应用中的巨大潜力。研究团队表示，未来将逐步优化光纤的相位双折射和主轴偏移，持续提升空芯IFOG的性能。

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