人才培养

光子晶体光纤陀螺首飞成功
  

导语:          

       2017年4月,北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院光电技术研究所研制的高精度光子晶体光纤陀螺实现了在“天舟一号”货运飞船上首次搭载飞行,获圆满成功,这是国际上光子晶体光纤陀螺的首次空间应用,验证了光子晶体光纤陀螺作为新一代光学陀螺的技术可行性。该研究成果推动了我国光学陀螺的跨越式发展,为卫星、长航时飞行器等对高性能惯性器件的重大战略需求提供了全新的技术途径。          

 

北航研制的高精度光子晶体光纤陀螺样机          

 

另辟蹊径,厚积薄发

       

       光纤陀螺是用于测量载体旋转角速度的传感器,是继机械陀螺后的新一代陀螺。传统光纤对温度、辐照等环境很敏感,而光子晶体光纤的多孔结构和单一的组成材料使得它具有优良的环境适应性,比如其抵抗射线干扰的能力比传统光纤好近一个量级,因此,在外太空环境下光子晶体光纤陀螺能够更加准确、稳定的测量飞船姿态参数。

 

传统光纤截面示意图           光子晶体光纤截面示意图          

 

       从2006年开始,北航光电所经过深入调研和充分论证,创新性的将光子晶体光纤陀螺作为突破复杂环境下光纤陀螺精度瓶颈的新途径,并得到了国家多个重大科研计划的持续支持。经过十余年的技术攻关和积累,实现了光子晶体光纤陀螺误差理论、关键器件设计与制备、集成与测试评估方法等方面的自主创新,形成了新型光子晶体光纤陀螺技术体系,并首次提出了4层周期结构的保偏光子晶体光纤新构型,制作出国际上直径最小(Ф135μm)的保偏光子晶体光纤。基于该光子晶体光纤研制成功的国际上首个高精度光子晶体光纤陀螺工程样机已经首飞成功,其技术指标超过国外同类型陀螺精度1个数量级,实现了我国光学陀螺的跨越式发展。

 

北航光子晶体光纤与人类头发的直径对比图

光子晶体光纤通红光图          

 

国家使命,硕果累累

 

       北航光电所是国内最早开展光纤陀螺研究的单位之一,在国家重大需求的牵引下,经过两代人的不懈努力,三十余年的技术攻关和探索,突破了光纤陀螺非互易误差抑制、高性能集成光学调制器研制、光纤环精密缠绕等多项关键技术,在弹用、机载、陆用、舰船、卫星等多个领域,完成了数十项国家重大型号的研制。近年来,在空间应用领域,先后有“实践九号”、“快舟”系列、“实践十五号”、“吉林一号”、“创新”系列、“天鲲一号”、“天舟一号”等8颗卫星均成功应用或搭载了北航光纤陀螺,推动了我国光纤陀螺空间应用的快速发展。

 

北航研制的基于卫星应用的部分传统光纤陀螺组件          

 

学科交叉,人才培养

 

       服务国家重大需求的同时,北航光电所也一直走在相关研究领域的国际前沿,不仅研制了国际上直径最小的陀螺用保偏光子晶体光纤和首个高精度光子晶体光纤陀螺工程样机,在其基础上,结合量子物理效应,利用多学科交叉优势,正在攻克原子导引、原子分束、原子干涉等前沿基础科学问题,在此过程中,北航光电所与相关领域国际一流大学和研究机构,如英国伯明翰大学、比利时布鲁塞尔自由大学、澳大利亚国立大学等都有合作,且共同培养了大量具有国际视野的研究生,他们将是建设中国,实现中华民族伟大复兴的栋梁。          

 

结语:            

       北航光电技术研究所在国家重大需求的牵引下,实现了光子晶体光纤陀螺原理、技术和应用的全面突破,也完成了对创新型人才培养的使命。作为传统光学陀螺的跨越式发展成果,我们期待,光子晶体光纤会在北航仪器光电人手里发挥更大的作用。

 

 

策划:颜寒祺

设计:林长宏

供稿:光电技术研究所

编审:门户网站总编总监工作室

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