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光纤陀螺仪与旋转式陀螺仪的作业原理解析

光纤陀螺仪与旋转式陀螺仪的工作原理解析-光纤陀螺仪(FOGs)与常用于玩具中的旋转式陀螺仪类似,因为这两种陀螺仪都能测量物体的旋转。但这两种陀螺仪的工作机制却不同:光纤陀螺仪内部没有运动部件,而是用光进行测量。

据报道,光纤陀螺仪丈量飞机和其它运动物体的旋转和方向时,假如运用一般经典光学办法,其精度会遭到固有约束。在一项新的研讨中,物理学家初次经过试验证明,运用羁绊光子能够战胜这一经典极限,即“散粒噪声极限”,并抵达经典光学办法无法抵达的精度水平。

奥地利科学院的Matthias Fink和Rupert Ursin以及维也纳量子科学与技能中心的物理学家们在最近一期的《新物理学杂志》上宣布了一篇关于羁绊增强型光纤陀螺仪的论文。

Fink表明“咱们现已证明羁绊光子的发生抵达了老练技能水平,即便在恶劣环境中咱们也能以亚散粒噪声的精度进行丈量。”


光纤陀螺仪与旋转式陀螺仪的作业原理解析

光纤陀螺仪(FOGs)与常用于玩具中的旋转式陀螺仪相似,因为这两种陀螺仪都能丈量物体的旋转。但这两种陀螺仪的作业机制却不同:光纤陀螺仪内部没有运动部件,而是用光进行丈量。

旋转式陀螺仪的前史能够追溯到19世纪。光纤陀螺仪则是在20世纪70年代末呈现的,根据乔治·萨格纳克(Georges Sagnac)在1913年初次观测到的萨格纳克效应。其时,萨格纳克期望探测到光是经过以太介质传达的,但他的试验却成了支撑相对论的根底试验之一。

当两束光束在干涉仪中沿不同方向做环形运动时,就会发生萨格纳克效应。当干涉仪处于停止状况时,两束光束经过环路所用的时刻相同,但当干涉仪开端旋转时,沿旋转方向环绕环路移动的光束,其移动间隔更长,因而抵达探测器所需的时刻比另一束光束长。这种时刻差导致两束光束之间的相位差。

光纤陀螺仪的相位差丈量精度决议了旋转丈量的全体精度。光纤陀螺仪的精度遭到多个噪声源的约束,首要影响要素是散粒噪声。光子的量子化发生了散粒噪声。当单个光子经过器材时,其离散性意味着活动不是彻底滑润的,然后发生白噪声。尽管能够经过添加功率(光子经过速率)来下降散粒噪声,但功率越大,其他噪声也越大,因而需求进行权衡。

为了打破散粒噪声的约束,物理学家们在新的研讨中运用了两对处于两种形式叠加的羁绊光子,这样羁绊光子就能够在两个方向上有效地穿过环路。羁绊会引起光子的德布罗意波长明显下降,然后完成精度超越散粒噪声极限,同样地超越了运用经典光学方法或许抵达的最佳精度。

现在,因为运用的探测器功率较低,新的光纤陀螺仪还不会对商用(经典)光纤陀螺仪构成威胁。研讨人员估计,跟着探测器技能的前进和光子源亮度添加,羁绊光子光纤陀螺仪在不久的将来将完成商用。总的来说,物理学家期望现在的成果能代表光纤陀螺仪打破灵敏度终极极限的第一步。

Fink说:“一个风趣的问题是,除了散粒噪声,其它噪声源在很大程度上能够经过优化光子态来削减或补偿。关于这些问题的答案,能够在这些影响变得明显时用试验评价其强度。”
来历;MEMS

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