北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院光電技術(shù)研究所研制的高精度光子晶體光纖陀螺實(shí)現(xiàn)了在“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船上首次搭載飛行，獲圓滿成功，這是國(guó)際上光子晶體光纖陀螺的首次空間應(yīng)用，驗(yàn)證了光子晶體光纖陀螺作為新一代光學(xué)陀螺的技術(shù)可行性。該研究成果推動(dòng)了我國(guó)光學(xué)陀螺的跨越式發(fā)展，為衛(wèi)星、長(zhǎng)航時(shí)飛行器等對(duì)高性能慣性器件的重大戰(zhàn)略需求提供了全新的技術(shù)途徑。

北航研制的高精度光子晶體光纖陀螺樣機(jī)

光纖陀螺是用于測(cè)量載體旋轉(zhuǎn)角速度的傳感器，是繼機(jī)械陀螺后的新一代陀螺。傳統(tǒng)光纖對(duì)溫度、輻照等環(huán)境很敏感，而光子晶體光纖的多孔結(jié)構(gòu)和單一的組成材料使得它具有優(yōu)良的環(huán)境適應(yīng)性，比如其抵抗射線干擾的能力比傳統(tǒng)光纖好近一個(gè)量級(jí)，因此，在外太空環(huán)境下光子晶體光纖陀螺能夠更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定的測(cè)量飛船姿態(tài)參數(shù)。

傳統(tǒng)光纖截面示意圖與光子晶體光纖截面示意圖

從2006年開(kāi)始，北航光電所經(jīng)過(guò)深入調(diào)研和充分論證，創(chuàng)新性的將光子晶體光纖陀螺作為突破復(fù)雜環(huán)境下光纖陀螺精度瓶頸的新途徑，并得到了國(guó)家多個(gè)重大科研計(jì)劃的持續(xù)支持。經(jīng)過(guò)十余年的技術(shù)攻關(guān)和積累，實(shí)現(xiàn)了光子晶體光纖陀螺誤差理論、關(guān)鍵器件設(shè)計(jì)與制備、集成與測(cè)試評(píng)估方法等方面的自主創(chuàng)新，形成了新型光子晶體光纖陀螺技術(shù)體系，并首次提出了4層周期結(jié)構(gòu)的保偏光子晶體光纖新構(gòu)型，制作出國(guó)際上直徑最?。ě?35μm）的保偏光子晶體光纖?；谠摴庾泳w光纖研制成功的國(guó)際上首個(gè)高精度光子晶體光纖陀螺工程樣機(jī)已經(jīng)首飛成功，其技術(shù)指標(biāo)超過(guò)國(guó)外同類(lèi)型陀螺精度1個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)光學(xué)陀螺的跨越式發(fā)展。

北航光子晶體光纖與人類(lèi)頭發(fā)的直徑對(duì)比圖

光子晶體光纖通紅光圖

北航光電所是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展光纖陀螺研究的單位之一，在國(guó)家重大需求的牽引下，經(jīng)過(guò)兩代人的不懈努力，三十余年的技術(shù)攻關(guān)和探索，突破了光纖陀螺非互易誤差抑制、高性能集成光學(xué)調(diào)制器研制、光纖環(huán)精密纏繞等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在彈用、機(jī)載、陸用、艦船、衛(wèi)星等多個(gè)領(lǐng)域，完成了數(shù)十項(xiàng)國(guó)家重大型號(hào)的研制。近年來(lái)，在空間應(yīng)用領(lǐng)域，先后有“實(shí)踐九號(hào)”、“快舟”系列、“實(shí)踐十五號(hào)”、“吉林一號(hào)”、“創(chuàng)新”系列、“天鯤一號(hào)”、“天舟一號(hào)”等8顆衛(wèi)星均成功應(yīng)用或搭載了北航光纖陀螺，推動(dòng)了我國(guó)光纖陀螺空間應(yīng)用的快速發(fā)展。

北航研制的基于衛(wèi)星應(yīng)用的部分傳統(tǒng)光纖陀螺組件