gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»WUICMVgyroscopy-192Research ArticleКраткие сообщенияBrief messagesВолоконно-оптический гироскоп навигационного класса точности с лазерным источником оптического излученияNavigation-Grade Laser-Driven Fiber-Optic GyroscopeАлейникА. С.AleinikA. S.

Алейник Артем Сергеевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий лабораторией НИЦ световодной фотоники

С.-Петербург

St. Petersburg

ВолковскийС. А.VolkovskyS. A.

Волковский Сергей Александрович, научный сотрудник НИЦ световодной фотоники

С.-Петербург

St. Petersburg

ОшлаковВ. С.OshlakovV. S.

Ошлаков Вадим Сергеевич, начальник группы НИЦ световодной фотоники

С.-Петербург

St. Petersburg

МухтубаевА. Б.MukhtubaevA. B.

Мухтубаев Азамат Булатович, кандидат технических наук, заведующий лабораторией НИЦ световодной фотоники

С.-Петербург

St. Petersburg

СтригалевВ. Е.StrigalevV. E.

Стригалев Владимир Евгеньевич, кандидат физико-математических наук, доцент, старший научный сотрудник, НИЦ световодной фотоники

С.-Петербург

St. Petersburg

Университет ИТМОРоссияITMO UniversityRussian Federation202524102025333103111Copyright © Алейник А.С., Волковский С.А., Ошлаков В.С., Мухтубаев А.Б., Стригалев В.Е., 20252025Алейник А.С., Волковский С.А., Ошлаков В.С., Мухтубаев А.Б., Стригалев В.Е.Aleinik A.S., Volkovsky S.A., Oshlakov V.S., Mukhtubaev A.B., Strigalev V.E.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/192

Постоянство масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа (ВОГ) напрямую зависит от стабильности центральной длины волны источника оптического излучения. Широкополосные высокостабильные источники высокоточных ВОГ хоть и обеспечивают необходимую стабильность центральной длины волны, отличаются довольно большими габаритами, что усложняет миниатюризацию ВОГ и систем на их основе. В настоящей работе рассмотрено применение полупроводникового лазерного диода с частотно-импульсной токовой модуляцией в составе ВОГ навигационного класса точности. Показано, что в этом случае обеспечивается высокая стабильность центральной длины волны излучения лазерного диода (не хуже 1,6 ppm), а уровень шума и дрейф нуля ВОГ достигают 0,002 °/ч1/2 и 0,009 °/ч соответственно. Сопоставимые результаты можно получить при использовании в ВОГ широкополосных высокостабильных источников.

The scale factor stability of a fiber-optic gyroscope (FOG) directly depends on the stability of the central wavelength of its optical source. Although broadband, highly stable light sources used in high-precision FOGs provide excellent wavelength stability, they are typically bulky, which complicates the miniaturization of FOGs and FOG-based systems. This work investigates the use of a semiconductor laser diode with pulse-frequency current modulation in a navigation-grade FOG. It is shown that this approach provides superior central-wavelength stability (better than 1.6 ppm), resulting in a FOG angle random walk and bias instability of 0.002°/?h and 0.009°/h, respectively. Comparable performance can be obtained in FOGs employing broadband, highly stable light sources.

источники оптического излученияспектральные характеристикиволоконно-оптический гироскопстабильность масштабного коэффициентаoptical sourcesspectral characteristicsfiber-optic gyroscopescale factor stabilityReferencesLefèvre, H., The Fiber-Optic Gyroscope, Artech House, 2014.Lefèvre, H., The Fiber-Optic Gyroscope, Artech House, 2014.Егоров Д.А., Ключникова Е.Л., Унтилов А.А., Алейник А.С., Волковский С.А., Кузнецов В.Н., Ошлаков В.С., Погудин Г.К., Лиокумович Л.Б. Источники оптического излучения для волоконно-оптических гироскопов // Гироскопия и навигация. 2024. Т. 32. №. 2. С. 8–34. EDN DMBMAR.Егоров Д.А., Ключникова Е.Л., Унтилов А.А., Алейник А.С., Волковский С.А., Кузнецов В.Н., Ошлаков В.С., Погудин Г.К., Лиокумович Л.Б. Источники оптического излучения для волоконно-оптических гироскопов // Гироскопия и навигация. 2024. Т. 32. №. 2. С. 8–34. EDN DMBMAR.Wysocki, P.F., Digonnet, M.J.F., Kim, B.Y., and Shaw, H.J., Characteristics of erbium-doped superfluorescent fiber sources for interferometric sensor applications, Journal of Lightwave Technology, 1994, vol. 12, no. 3, pp. 550–567.Wysocki, P.F., Digonnet, M.J.F., Kim, B.Y., and Shaw, H.J., Characteristics of erbium-doped superfluorescent fiber sources for interferometric sensor applications, Journal of Lightwave Technology, 1994, vol. 12, no. 3, pp. 550–567.Cutler, C. C., Newton, S.A., and Shaw, H. J., Limitation of rotation sensing by scattering, Opt. Lett., 1981, vol. 5, pp. 488–490.Cutler, C. C., Newton, S.A., and Shaw, H. J., Limitation of rotation sensing by scattering, Opt. Lett., 1981, vol. 5, pp. 488–490.Bergh, R.A., Culshaw, B., Cutler, C.C., Lefevre, H.C., and Shaw, H.J., Source statistics and the Kerr effect in fiber-optic gyroscopes, Opt. Lett., 1982, vol. 7, no. 11, p. 563.Bergh, R.A., Culshaw, B., Cutler, C.C., Lefevre, H.C., and Shaw, H.J., Source statistics and the Kerr effect in fiber-optic gyroscopes, Opt. Lett., 1982, vol. 7, no. 11, p. 563.Aleinik, A., Deineka, I., Smolovik, M., Neforosnyi, S., and Rupasov, A., Compensation of excess RIN in fiber-optic gyro, Gyroscopy and Navigation, 2016, no. 7, pp. 214–222.Aleinik, A., Deineka, I., Smolovik, M., Neforosnyi, S., and Rupasov, A., Compensation of excess RIN in fiber-optic gyro, Gyroscopy and Navigation, 2016, no. 7, pp. 214–222.Guattari, F., Chouvin, S., Moluçon, C., and Lefèvre, H., A simple optical technique to compensate for excess RIN in a fiber-optic gyroscope, DGON Inertial Sensors and Systems (ISS), Karlsruhe, Germany, 2014, pp. 1–14, doi: 10.1109/InertialSensors.2014.7049411.Guattari, F., Chouvin, S., Moluçon, C., and Lefèvre, H., A simple optical technique to compensate for excess RIN in a fiber-optic gyroscope, DGON Inertial Sensors and Systems (ISS), Karlsruhe, Germany, 2014, pp. 1–14, doi: 10.1109/InertialSensors.2014.7049411.Zalesskaia, I. K. et al., Methods of Stabilization of Central Wavelength of Erbium-Doped Fiber Source for High-Accuracy Fiber Optic Gyroscope, International Conference Laser Optics (ICLO), St. Petersburg, Russia, 2020, pp. 1–1, doi: 10.1109/ICLO48556.2020.9285493.Zalesskaia, I. K. et al., Methods of Stabilization of Central Wavelength of Erbium-Doped Fiber Source for High-Accuracy Fiber Optic Gyroscope, International Conference Laser Optics (ICLO), St. Petersburg, Russia, 2020, pp. 1–1, doi: 10.1109/ICLO48556.2020.9285493.Kikilich, N.E. et al., Stabilization of the mean wavelength of an erbium-doped fiber source as part of high-accuracy FOG with increased spectrum width, Appl. Opt., 2022, 61, 6827–6833.Kikilich, N.E. et al., Stabilization of the mean wavelength of an erbium-doped fiber source as part of high-accuracy FOG with increased spectrum width, Appl. Opt., 2022, 61, 6827–6833.Zhao,Y.-G., et al., High-power and low-noise DFB semiconductor lasers for RF photonic links, IEEE Avionics, Fiber-Optics and Photonics Digest CD, Cocoa Beach, FL, USA, 2012, pp. 66–67, doi: 10.1109/AVFOP.2012.6344081.Zhao,Y.-G., et al., High-power and low-noise DFB semiconductor lasers for RF photonic links, IEEE Avionics, Fiber-Optics and Photonics Digest CD, Cocoa Beach, FL, USA, 2012, pp. 66–67, doi: 10.1109/AVFOP.2012.6344081.Lloyd, S.W., Digonnet, M.J.F., and Fan, S., Modeling Coherent Backscattering Errors in Fiber Optic Gyroscopes for Sources of Arbitrary Line Width, Journal of Lightwave Technology, 2013, vol. 31, no. 13, pp. 2070–2078.Lloyd, S.W., Digonnet, M.J.F., and Fan, S., Modeling Coherent Backscattering Errors in Fiber Optic Gyroscopes for Sources of Arbitrary Line Width, Journal of Lightwave Technology, 2013, vol. 31, no. 13, pp. 2070–2078.Wheeler, J.M. and Digonnet, M.J.F., A Low-Drift Laser-Driven FOG Suitable for Trans-Pacific Inertial Navigation, Journal of Lightwave Technology, 2022, vol. 40, no. 22, pp. 7464–7470, doi: 10.1109/JLT.2022.3201189.Wheeler, J.M. and Digonnet, M.J.F., A Low-Drift Laser-Driven FOG Suitable for Trans-Pacific Inertial Navigation, Journal of Lightwave Technology, 2022, vol. 40, no. 22, pp. 7464–7470, doi: 10.1109/JLT.2022.3201189.Chamoun, J. and Digonnet, M.J.F., Aircraft-navigation-grade laser-driven FOG with Gaussian-noise phase modulation, Opt. Lett., 2017, vol. 42, no. 8, pp. 1600–1603.Chamoun, J. and Digonnet, M.J.F., Aircraft-navigation-grade laser-driven FOG with Gaussian-noise phase modulation, Opt. Lett., 2017, vol. 42, no. 8, pp. 1600–1603.Wheeler, J.M. and Digonnet, M.J.F., A Low-Drift Laser-Driven FOG Suitable for Trans-Pacific Inertial Navigation, Journal of Lightwave Technology, 2022, vol. 40, no. 22, pp. 7464–7470, doi: 10.1109/JLT.2022.3201189.Wheeler, J.M. and Digonnet, M.J.F., A Low-Drift Laser-Driven FOG Suitable for Trans-Pacific Inertial Navigation, Journal of Lightwave Technology, 2022, vol. 40, no. 22, pp. 7464–7470, doi: 10.1109/JLT.2022.3201189.Wheeler, J.M., Chamoun, J.N., and Digonnet, M.J.F., Optimizing Coherence Suppression in a Laser Broadened by Phase Modulation With Noise, Journal of Lightwave Technology, 2021, vol. 39, no. 9, pp. 2994–3001, doi: 10.1109/JLT.2021.3061938.Wheeler, J.M., Chamoun, J.N., and Digonnet, M.J.F., Optimizing Coherence Suppression in a Laser Broadened by Phase Modulation With Noise, Journal of Lightwave Technology, 2021, vol. 39, no. 9, pp. 2994–3001, doi: 10.1109/JLT.2021.3061938.Ошлаков В.С., Алейник А.С., Волковский С.А., Стригалев В.Е., Мухтубаев А.Б. Применение полупроводникового лазерного диода в качестве источника оптического излучения волоконнооптического гироскопа // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 8. С. 21–31. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-08-21-31.Ошлаков В.С., Алейник А.С., Волковский С.А., Стригалев В.Е., Мухтубаев А.Б. Применение полупроводникового лазерного диода в качестве источника оптического излучения волоконнооптического гироскопа // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 8. С. 21–31. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-08-21-31.Njegovec, M. and Donlagic, D., Rapid and broad wavelength sweeping of standard telecommunication distributed feedback laser diode, Opt. Lett., 2013, vol. 38, no. 11, pp. 1999–2001.Njegovec, M. and Donlagic, D., Rapid and broad wavelength sweeping of standard telecommunication distributed feedback laser diode, Opt. Lett., 2013, vol. 38, no. 11, pp. 1999–2001.Ошлаков В.С., Алейник А.С., Волковский С.А., Смирнов Д.С. Исследование характеристик полупроводникового лазерного диода с распределенной обратной связью в режиме источника и приемника оптического излучения для регистрации отклика волоконных решеток Брэгга // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 5. С. 699–708, doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-5-699-708.Ошлаков В.С., Алейник А.С., Волковский С.А., Смирнов Д.С. Исследование характеристик полупроводникового лазерного диода с распределенной обратной связью в режиме источника и приемника оптического излучения для регистрации отклика волоконных решеток Брэгга // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 5. С. 699–708, doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-5-699-708.Егоров Д.А., Ключникова Е.Л. Результаты сравнительных исследований источников оптического излучения для волоконно-оптических гироскопов // Гироскопия и навигация. 2022. Т. 30. №4 (119). С.184–192. DOI: 10.17285/0869-7035.00111.Егоров Д.А., Ключникова Е.Л. Результаты сравнительных исследований источников оптического излучения для волоконно-оптических гироскопов // Гироскопия и навигация. 2022. Т. 30. №4 (119). С.184–192. DOI: 10.17285/0869-7035.00111.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.