物理與光電工程學(xué)院（理工學(xué)院）丁偉/汪瀅瑩團(tuán)隊(duì)在高精度空芯光纖陀螺研究中取得重大突破
暨南大學(xué)融媒體中心訊 近日，暨南大學(xué)物理與光電工程學(xué)院（理工學(xué)院）丁偉研究員、汪瀅瑩研究員團(tuán)隊(duì)與中國(guó)船舶集團(tuán)第七〇七研究所趙小明研究員、羅巍研究員、李茂春研究員團(tuán)隊(duì)展開深度合作，在高精度空芯光纖陀螺（Air-core FOG）領(lǐng)域取得重大進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)成功研制出全球首個(gè)導(dǎo)航級(jí)精度空芯光纖陀螺，其零偏不穩(wěn)定性達(dá)到0.0017°/h，較現(xiàn)有記錄降低了近30倍，樣機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行超185小時(shí)。相關(guān)成果以“Navigation-grade interferometric air-core antiresonant fibre optic gyroscope with enhanced thermal stability”為題發(fā)表于頂尖期刊Nature Communications。暨南大學(xué)為第二完成單位，孫一之講師、高壽飛副研究員與七〇七所李茂春研究員為論文共同第一作者，丁偉研究員與第七〇七研究所趙小明研究員為共同通訊作者。
文章標(biāo)題頁截圖
慣性導(dǎo)航（Inertial Navigation）技術(shù)通過使用慣性傳感器（加速度計(jì)與陀螺儀）來測(cè)量運(yùn)動(dòng)體的加速度與角速度，進(jìn)而可推算出位置、速度和姿態(tài)等狀態(tài)信息。該技術(shù)不依賴于衛(wèi)星等外部參考信號(hào)，被譽(yù)為軍民領(lǐng)域的“工業(yè)明珠”技術(shù)。角速度傳感器是整個(gè)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。
光纖陀螺儀（FOG）憑借全固態(tài)、啟動(dòng)快、不受加速度影響、動(dòng)態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊、輸出數(shù)字化等優(yōu)勢(shì)，成為最具前景的角速度傳感器，能夠滿足從消費(fèi)級(jí)、戰(zhàn)術(shù)級(jí)、導(dǎo)航級(jí)到戰(zhàn)略級(jí)的全精度需求。其中，干涉型光纖陀螺儀（IFOG）是目前最成功的商用光纖傳感器，預(yù)計(jì)到2033年全球市場(chǎng)規(guī)模將突破36億美元。然而受制于較高的技術(shù)門檻，該市場(chǎng)主要由美國(guó)、法國(guó)、中國(guó)、以色列、日本和德國(guó)等少數(shù)國(guó)家主導(dǎo)[1,2]。
盡管IFOG技術(shù)已取得顯著進(jìn)步，但傳統(tǒng)實(shí)芯光纖由于材料（二氧化硅玻璃）對(duì)溫度、磁場(chǎng)、強(qiáng)光和輻射等環(huán)境因素的敏感性，系統(tǒng)需依賴復(fù)雜的防護(hù)與補(bǔ)償機(jī)制，導(dǎo)致成本高、能耗大。因此，自1970年代以來，研究者們不斷尋求環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)的替代技術(shù)，主要形成了諧振式光纖陀螺（RFOG）與空芯光纖陀螺（Air-core FOG）兩條路線。然而，這兩種方案均面臨重大工程技術(shù)挑戰(zhàn)，尚未從根本上解決IFOG自1970年代以來面臨的問題。
自2006年起，空芯光纖FOG成為研究熱點(diǎn)。盡管空氣纖芯具有優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性，但由于早期空芯光纖存在模式雜散、背向散射、偏振串?dāng)_等問題，長(zhǎng)期限制了其高精度測(cè)量性能。
空芯光纖陀螺概念的提出僅比空芯光纖通信（2005年）晚一年。如今，空芯光纖通信（Air-core Telecom）已進(jìn)入規(guī)模應(yīng)用階段，而空芯光纖FOG實(shí)用化進(jìn)程仍然滯后。
研究團(tuán)隊(duì)在我國(guó)空芯光纖通信發(fā)展過程中做出過多項(xiàng)關(guān)鍵貢獻(xiàn)[3-5]，見證了空芯光纖通信技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向應(yīng)用的完整過程。團(tuán)隊(duì)成員敏銳地意識(shí)到，空芯FOG正處于從技術(shù)驗(yàn)證邁向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵階段。此次研究通過一系列創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了兩大技術(shù)跨越：1.精度突破：首次將空芯FOG提升至導(dǎo)航級(jí)精度（0.001°/h量級(jí)）；2.環(huán)境穩(wěn)定性：溫度靈敏度較實(shí)芯FOG降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)；
空芯光纖IFOG的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
這一里程碑式成果標(biāo)志著我國(guó)在空芯光纖陀螺技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從理論創(chuàng)新到工程應(yīng)用研究的完整跨越，為全球慣性導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展鐫刻下鮮明的中國(guó)印記。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58381-6
責(zé)編：常凱麗