作者：朱漢斌

近日，暨南大學物理與光電工程學院（理工學院）研究員丁偉/汪瀅瑩團隊與中國船舶集團第七〇七研究所研究員趙小明/羅巍/李茂春團隊展開深度合作，在高精度空芯光纖陀螺領域取得重大進展。相關成果發表于《自然-通訊》（Nature Communications）。

“我們成功研制出全球首個導航級精度空芯光纖陀螺，其零偏不穩定性達到0.0017°/h，較現有記錄降低了近30倍，樣機連續穩定運行超185小時。”論文共同通訊作者丁偉對《中國科學報》表示，該里程碑式成果標志著我國在空芯光纖陀螺技術領域實現了從理論創新到工程應用研究的完整跨越，為全球慣性導航技術發展鐫刻下鮮明的中國印記。

空芯光纖IFOG的基本結構與實驗數據。研究團隊供圖

慣性導航技術通過使用慣性傳感器（加速度計與陀螺儀）來測量運動體的加速度與角速度，進而可推算出位置、速度和姿態等狀態信息。該技術不依賴于衛星等外部參考信號，被譽為軍民領域的“工業明珠”技術。角速度傳感器是整個慣性導航系統的關鍵部件。

與其他陀螺儀相比，光纖陀螺儀憑借全固態、啟動快、不受加速度影響、動態范圍大、結構緊湊、輸出數字化等優勢，是最具市場應用前景的角速度傳感器，能夠滿足從消費級、戰術級、導航級到戰略級的全精度需求。其中，干涉型光纖陀螺儀是目前最成功的商用光纖傳感器，預計到2033年全球市場規模將突破36億美元。然而受制于較高的技術門檻，該市場主要由美國、法國、中國、以色列、日本和德國等少數國家主導。

盡管干涉型光纖陀螺儀技術已取得顯著進步，但傳統實芯光纖由于材料（二氧化硅玻璃）對溫度、磁場、強光和輻射等環境因素的敏感性，系統需依賴復雜的防護與補償機制，導致成本高、能耗大。因此，自1970年代以來，研究者們不斷尋求環境適應性更強的替代技術，主要形成了諧振式光纖陀螺與空芯光纖陀螺兩條路線。然而，這兩種方案均面臨重大工程技術挑戰，尚未從根本上解決干涉型光纖陀螺儀自1970年代以來面臨的問題。

自2006年空芯光纖陀螺概念提出以來（僅比空芯光纖通信晚一年），該領域逐漸成為研究熱點。盡管空氣纖芯具有優異的環境適應性，但早期空芯光纖存在的模式雜散、背向散射和偏振串擾等技術瓶頸，長期制約了其高精度測量性能的實現。值得注意的是，空芯光纖通信技術已實現規模化應用，而空芯光纖陀螺的實用化進程仍顯滯后。

研究團隊在我國空芯光纖通信發展過程中做出過多項關鍵貢獻，見證了空芯光纖通信技術從實驗室走向應用的完整過程。團隊成員敏銳地意識到，空芯光纖陀螺儀正處于從技術驗證邁向實際應用的關鍵階段。此次研究通過一系列創新，實現了兩大技術跨越：一是，精度突破：首次將空芯光纖陀螺儀提升至導航級精度（0.001°/h量級）；二是，環境穩定性：溫度靈敏度較實芯光纖陀螺儀降低了一個數量級。這些突破為新一代高精度慣性導航系統的發展奠定了堅實的技術基礎。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-58381-6