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光纤陀螺在各类型陀螺中的位置和SLD应用
分类:产品应用 发布时间:2023-07-12 11:00:54
光纤陀螺(Fiber Optic Gyroscope,FOG)是一种基于 Sagnac效应的旋转传感器,用于测量平台的旋转速度或角速度。它是一种无机械部件的、全光学工 作的设备,具有高精度和可靠性,常被用于导航、航空、航天、海洋和其他领域 的姿态控制和导航系统。

光纤陀螺(Fiber Optic Gyroscope,FOG)是一种基于 Sagnac效应的旋转传感器,用于测量平台的旋转速度或角速度。它是一种无机械部件的、全光学工 作的设备,具有高精度和可靠性,常被用于导航、航空、航天、海洋和其他领域 的姿态控制和导航系统。

陀螺按照精度不同分为参考级、战略级、导航级、战术 级别、消费品级,按照原理不同种类有静电三浮陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、微机电 MEMS 陀螺、半球谐振陀螺。不用精度和不同类型的应用分布如图所示。
与静电陀螺、激光陀螺、半球谐振陀螺以及 MEMS微机械陀螺等技术相比较,光纤陀螺因其广泛的应用范围而脱颖而出,其精度跨度可覆盖从低至 10°/h 的消费级市场到高达 0.0001°/h 的精密参考级市场。 
近年来,随着集成光电技术 的日益成熟,光纤陀螺的研发重点主要集中在两个关键方向:一是针对航天、地 震监测等领域的高精度、高性能光纤陀螺;二是针对智能驾驶等领域的小型化、 低成本集成光纤陀螺。 

超辐射(SLD)作为光纤陀螺的核心光源,因其卓越的性能和稳定性,主要承担以下关键作用:

  • 提供宽光谱与低相干性光信号

    SLD光源的光谱宽度通常在几十纳米,宽谱特性可有效抑制光纤陀螺中的背向散射噪声克尔效应噪声,从而提高陀螺的零偏稳定性。同时,其低相干性(介于激光二极管LD和发光二极管LED之间)进一步减少了寄生干涉的影响

  • 保障标度因数稳定性

    光纤陀螺的标度因数与光源的平均波长直接相关。SLD光源的平均波长稳定性(如温度漂移),直接决定了陀螺的测量精度和长期可靠性

  • 适应严苛环境

    光纤陀螺常用于航天、航海等极端环境,SLD光源需在宽温范围(如-45℃~+70℃ )下稳定工作,且需耐受振动、冲击等机械应力,确保陀螺的环境适应性。


SLD光源的关键性能要求包括以下几方面

为满足光纤陀螺的高精度需求,SLD光源需具备以下核心性能:

  1. 光功率稳定性

    • 输出功率:通常要求尾纤输出功率≥1.5mW,以保障信噪比。

    • 波动控制:光功率波动需低于0.3%(如通过“恒流+温控”方案)。

  2. 平均波长稳定性

    • 波长漂移需通过温度反馈控制),典型指标为温度漂移≤3×10⁻⁶/K

  3. 光谱特性优化

    • 光谱宽度:需≥30nm,以抑制噪声。

    • 光谱对称性:近似高斯型光谱可减少寄生干涉,提升陀螺精度

  4. 温度适应性

    • 需在-45℃~+70℃范围内稳定工作,依赖高精度温控电路(如TEC制冷器结合数字补偿算法

  5. 偏振控制

    • 对于采用单模光纤的陀螺,需降低光源的偏振度(如通过消偏器设计
      );对于保偏光纤方案,则需匹配高偏振度光源以提高光利用率。

半导体所强大技术实力的厦门亨光芯睿科技有限公司出产的系列SLD光源,芯片完全自主研发,技术指标达到国际同类先进产品水平,性能国内领先,功率已经可以做到10mW以上,产品已经应用于与国家重要项目,是自主可控的有力保障产品。;

可根据用户需求提供多波段,包括850nm、980nm、1060nm、1310nm、1550nm等高性能SLD芯片与器件产品。支持TO和蝶形(双边、单边、无制冷)等多种封装形式,并可根据客户要求定制;

应用场景包括:惯性领域(光纤陀螺)、电网领域(光学电流互感器)、医学检测(光学相干层析成像OCT)、光学测量仪器等。

主要性能指标:


     性能特点

    达到水平

国外水平

保偏尾纤输出功率



> 2.5mW@100mA



> 1.2mW@120mA



波纹系数



<0.05dB



<0.1dB



光谱宽度



>40nm



>40nm



偏振度



<0.5dB










工作温度范围



-55~+90



-55~+70



全温功率变化率



<1%



<4%



全温平均波长变化率



<0.45ppm/ 



<2.7ppm/ 







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