世界最小光纖陀螺儀或將被應用於移動設備

《自然》雜誌近日刊發來自加利福尼亞理工學院的研究人員在光纖陀螺儀領域的最新進展。如下圖所示，該陀螺儀體積與米粒相仿，是當前體積最小的光纖陀螺儀的1/500。

從航海時代演變而來的陀螺儀如今被用在汽車、無人機、便攜設備以及可穿戴設備中，在三維空間指引方向，已成為必不可少的一部分。

和航海時代的慣性自旋陀螺儀不同，現代陀螺儀已根據運行原理演化為多種品類，包括激光陀螺儀、光纖陀螺儀，以及微機電陀螺儀（MEMS）。

本文討論的光纖陀螺儀運用光的干涉原理進行定向，其功能實現基於光通過光纖線圈形成的干涉。

兩束激光從同一光纖的兩端同時射入光纖中。由於光的速度是固定的，在存在轉動的情況下，其中一束光的光程會比另一束光的光程略短，使兩束光間存在相位差，該相位差可以通過干涉儀測得，即塞格尼克效應。這樣，角速度的分量就可被轉換成通過光電探測器測得的干涉模式的變化。

由於需要保證光纖線圈的長度，目前體積最小的光纖陀螺儀也足有高爾夫球大小，限制了其被應用在移動設備中的可能。此次研究的突破在於，製造出了體積僅為米粒大小的光纖陀螺儀，是此前最小光纖陀螺儀體積的1/500。值得一提的是，體積的減小的同時精度也有所提升，該設備可探測的相位差精度為此前的1/30。

在此前的技術方案中，由於光從光纖的兩端分別射入，受到光纖不同部分質量、熱脹冷縮等因素的影響，信號存在干擾。此次研究人員創新性地採用了一種被稱為相互敏感度增強的技術，降低光纖內的信噪比，進而縮短光纖長度，減小設備體積。

由於光纖陀螺儀比當前手機等移動設備中所使用的微機電陀螺儀更加精確，因此該項研究將有助於提高移動設備三維定向的準確度。

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