Light Sources for Fiber-Optic Gyroscopes
EDN: DMBMAR
Abstract
The light source is one of the key components of fiber optic gyroscopes (FOGs) since its optical parameters determine FOG performance, including the stability of the scale factor and zero bias. In this paper we consider the main types of light sources that are most suitable for FOGs. We describe the design principles and relevant technical characteristics of such sources, review commercially available sources, and provide a brief assessment of the prospects for the development of light sources in the context of fiber optic gyroscopy
About the Authors
D. A. Egorov
Concern «CSRI «Elektropribor»», JSC
Russian Federation
Russian Federation
Saint-Petersburg
E. L. Klyuchnikova
Concern «CSRI «Elektropribor»», JSC
Russian Federation
Russian Federation
Saint-Petersburg
A. A. Untilov
Concern «CSRI «Elektropribor»», JSC
Russian Federation
Russian Federation
Saint-Petersburg
A. S. Aleynik
ITMO University
Russian Federation
Russian Federation
Saint-Petersburg
S. A. Volkovskiy
ITMO University
Russian Federation
Russian Federation
Saint-Petersburg
V. N. Kuznetsov
ITMO University
Russian Federation
Russian Federation
Saint-Petersburg
V. S. Oshlakov
ITMO University
Russian Federation
Russian Federation
Saint-Petersburg
G. K. Pogudin
ITMO University
Russian Federation
Russian Federation
Saint-Petersburg
L. B. Liokumovich
Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University
Russian Federation
Russian Federation
Saint Petersburg
References
1. Пешехонов В.Г. Перспективы развития гироскопии // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28. №2 (109). С. 3–10. DOI 10.17285/0869-7035.0028.
2. Lefevre, H.C., The Fiber Optic Gyroscope, 3rd ed., Norwood: Artech House Publishers, 2022, 512 p.
3. Lefevre, H.C., The fiber-optic gyroscope, a century after Sagnac’s experiment: The ultimate rotation-sensing technology?, Comptes Rendus Physique, 2014, vol. 15, issue 10, pp. 851–858, doi 10.1016/j.crhy.2014.10.007.
4. Takada, K., Calculation of Rayleigh backscattering noise in fiber-optic gyroscopes, Journal of the Optical Society of America A, 1985, vol. 2, issue 6, pp. 872–877.
5. Салех Б., Тейх М. Оптика и фотоника. Принципы и применения: учебное пособие в 2 тт. Т. 2. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2012. 760 с.
6. Стригалев В.Е., Мешковский И.К., Моор Я.Д. Особенности использования фазо-чувствительных устройств в волоконно-оптических измерительных системах. СПб.: Университет ИТМО, 2021. 41 с.
7. Алейник А.С., Кикилич Н.Е., Козлов В.Н., Власов А.А., Никитенко А.Н. Методы построения высокостабильных эрбиевых суперлюминесцентных волоконных источников оптического излучения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16. №4 (104). С. 593–607.
8. Hakimi, F., Moores, J.D., RIN-reduced light source for ultra-low noise interferometric fibre optic gyroscopes, Electronics Letters, 2013, vol. 49, no. 3, doi https://doi.org/10.1049/el.2012.3371.
9. Guattari, F., Chouvin, S., Molucon, C., et al., A simple optical technique to compensate for excess RIN in a fiber-optic gyroscope, Inertial Sensors and Systems 2014, Karlsruhe, Germany, 2014, p. 10.
10. Алейник А.С., Дейнека И.Г., Смоловик М.А., Нефоросный С.Т., Рупасов А.В. Компенсация избыточного шума в волоконно-оптическом гироскопе // Гироскопия и навигация. 2015. Т. 24. №2 (93). С. 20–32.
11. Wysocki, P.F., Digonnet, M.J.F., Kim, B.Y., Shaw, H.J., Characteristics of erbium-doped superfluorescent fiber sources for interferometric sensor applications, Journal of Lightwave Technology, 2009, vol. 12, issue 3, pp. 550–567.
12. Park, H.G., Digonnet, M.J.F., Kino, G., Er-Doped Superfluorescent Fiber Source With a ±0,5-ppm Long-Term Mean-Wavelength Stability, Journal of Lightwave Technology, 2003, vol. 21, no. 12, doi 10.1109/JLT.2003.822539.
13. Ashley, P.R., Temmen, M.G., Sanghadasa, M., Applications of SLDs in fiber optical gyroscopes, Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering, 2002, no. 4648, pp. 104–115.
14. Zheng, S., Ren, M., Luo, X., Zhang, H., Feng, G., Real-Time Compensation for SLD Light-Power Fluctuation in an Interferometric Fiber-Optic Gyroscope, Sensors, 2023, no. 23 (4), p. 1925.
15. Chen, X., Yang, J., Zhou, Y., Shu, X., An improved temperature compensation circuit for SLD light source of fiber-optic gyroscope, Journal of Physics: Conference Series, 2017, no. 916(1), p. 012027.
16. Vostrikov, E., Kikilich, N., Zalesskaya, Y., Aleinik, A., Smolovik, M., Deyneka, I., Meshkovskii, I., Stabilisation of central wavelength of erbium-doped fibre source as part of high-accuracy fibre optic gyroscopes, IET Optoelectronics, 2021, no. 15(6), pp. 287–293, doi 10.1049/ote2.12040.
17. Li, X., Li, M., Liu, C., Li, H., Yang, H., Research on light source average wavelength and crystal oscillator frequency for reducing temperature error of the FOG scale factor, Optik – International Journal for Light and Electron Optics, 2021, no. 242, p. 167189, doi 10.1016/j.ijleo.2021.167189.
18. Chen, X., Yan, M., Yu, J., Tang, R., Design of light source for ultrahigh precision fiber optic gyroscope, Proc. SPIE 12062, AOPC 2021: Optoelectronics and Nanophotonics, 1206211 (21 December 2021), doi 10.1117/12.2607120.
19. Alphonse, G.A., Hawrylo, F.Z., Harvey, M., Super-luminescent diode. U.S. Patent No. 4,821,276, 1989.
20. Chen, X., Jiang, L., Yang, M., Yang, J., Shu, X., Research on the mean-wavelength drift mechanism of SLD light source in FOG, IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1300, 2019, 012047.
21. Андреева Е.В., Ильченко С.Н., Костин Ю.О., Лапин П.И., Мамедов Д.С., Якубович С.Д. Изменение выходных характеристик широкополосных суперлюминесцентных диодов в ходе продолжительной работы // Квантовая электроника. 2011. Т. 47. №7. С. 595–601.
22. Hsiao, C., Fang, Y., Chen, Y., Weng, Z., Chu, J., Chen, R., Dong, C., Lin, W., Chiu, Y., Fabrication of superluminescent diode (SLD) for gyro light source with broadband, high power, and large polarization-extinction ratio performance, Opto-Electronics and Communications Conference (OECC), 2020, pp. 1–3, doi 10.1109/OECC48412.2020.9273634.
23. Chen, X., Yang, J., Zhang, C., Yang, M., Jiang, L., The application of intelligent modelling system in temperature compensation of SLD light source, Proc. SPIE 11023, Fifth Symposium on Novel Optoelectronic Detection Technology and Application, 110234Z (12 March 2019), doi 10.1117/12.2520493.
24. Chen, X., Yang, J., Zhou, Y., Shu, X., An improved temperature compensation circuit for SLD light source of fiber-optic gyroscope, IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 916, 2017, 012027.
25. Shang, K., Lei, M., Xiang, Q., Na, Y., Zhang, L., Yu, H., Near-navigation-grade interferometric fiber optic gyroscope with an integrated optical chip, Chinese Optics Letters, 2020, vol. 18, issue 12, p. 120601.
26. Li, X., Shao, Z., Lu, J., Yuan, H., Gao, B., Gao, H., Study of high performance Fiber Optic Gyroscope based on SLD light source, 25th Chinese Control and Decision Conference (CCDC), Guiyang, China, 2013, pp. 1459–1463, doi: 10.1109/CCDC.2013.6561156.
27. ООО НПК «Оптолинк». [Электронный ресурс]. URL: http://www.optolink.ru. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
28. АО «Физоптика». [Электронный ресурс]. URL: https://www.fizoptika.ru. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
29. KVH Industries, Inc. [Электронный ресурс]. URL: https://www.kvh.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
30. Кикилич Н.Е. Стабилизация параметров оптического излучения суперлюминесцентного волоконного источника для применения в волоконно-оптическом гироскопе: дисс. … канд. тех. наук. СПб., 2018. 138 с.
31. Huang, Y., Peng, T., Wang, L., Liu, R., Performance comparison of fiber-optic gyroscopes using single pass backward and double pass backward superfluorescent fiber sources, Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering, 2009, no. 7503.
32. Falquier, D.G., Wagener, J.L., Digonnet, M.J.F., Shaw, H.J., Polarized Superfluorescent Fiber Sources, Optical fiber technology, 1998, 4, 453–470, Article No. OF98T0260.
33. CSRayzer Optical Technology. [Электронный ресурс]. URL: https://www.csrayzer.cn. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
34. Lumispot Technology Group. [Электронный ресурс]. URL: https://www.lumispot-tech.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
35. Aubry, M., Mescia, L., Morana, A., Robin, T., Laurent, A., Mekki, J., Marin, E., Ouerdane, Y., Girard, S., Boukenter, A., Temperature Influence on the Radiation Responses of Erbium-Doped Fiber Amplifiers, Phys. Status Solidi A, 2021, 2100002, doi 10.1002/pssa.202100002.
36. Wan, S., Zhan, T., Hu, D., Yan, H., Han, D., An Erbium-Doped Fiber Source with Near-Gaussian-Shaped Spectrum Based on Double-Stage Energy Matching and LPFGs, Photonics, 2023, no. 10(5), p. 533.
37. АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». [Электронный ресурс]. URL: http://www.elektropribor.spb.ru. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
38. ПАО ПНППК. [Электронный ресурс]. URL: https://pnppk.ru. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
39. Exail Company. [Электронный ресурс]. URL: https://www.exail.com. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
40. Northrop Grumman Corporation. [Электронный ресурс]. URL: https://www.northropgrumman.com. Дата последнего обращения: 03.10.2023.
41. Lloyd, S.W., Digonnet, M.J.F., Fan, S., Tactical-grade interferometric fiber optic gyroscope driven with a narrow-linewidth laser, Advanced Photonics, OSA Technical Digest (CD) Optica Publishing Group, 2011, SMC3.
42. Lloyd, S.W., Digonnet, M.J.F., 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, July 1, doi 10.1109/JLT.2013.2261283.
43. Chou, P.C., Haus, H.A., Laznicka, O.M., Pulse excited interferometric fiber-optic gyroscope, CLEO’98, pp. 313–314.
44. Cutler, C.C., Newton, S.A., Shaw, H.J., Limitation of rotation sensing by scattering, Optics letters, 1980, vol. 5, no. 11, pp. 488–490, doi 10.1364/OL.5.000488.
45. Chamoun, J., Digonnet, M.J.F., Aircraft-navigation-grade laser-driven FOG with Gaussian-noise phase modulation, Optic Letters, 2017, vol. 42, no. 8, pp. 1600–1603.
46. Wheeler, J.M., Chamoun, J.N., 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.
47. Yan, J., Miao, L., Shen, H., Shu, X., Huang, T., Che, S., Low-Drift Closed-Loop Fiber Optic Gyroscope of High Scale Factor Stability Driven by Laser with External Phase Modulation, Photonic Sensors, 2022, vol. 12, issue 3, id. 220304.
48. FOGphotonics, Inc. [Электронный ресурс]. URL: http://www.fogphotonics.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
49. Superlum Company. [Электронный ресурс]. URL: https://www.superlumdiodes.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
50. DenseLight Semiconductors. [Электронный ресурс]. URL: https://www.denselight.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
51. QPhotonics, LLC. [Электронный ресурс]. URL: https://www.qphotonics.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
52. Thorlabs Inc. [Электронный ресурс]. URL: https://www.thorlabs.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
53. Anritsu Company. [Электронный ресурс]. URL: https://www.anritsu.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
54. Fiberlabs Inc. [Электронный ресурс]. URL: https://www.fiberlabs.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
55. Fibotec Fiberoptics. [Электронный ресурс]. URL: https://www.fibotec.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
56. NP Photonics. [Электронный ресурс]. URL: http://www.npphotonics.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
57. Acfiber Technology Limited. [Электронный ресурс]. URL: https://www.acfiber.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
58. OZ Optics Limited. [Электронный ресурс]. URL: https://www.ozoptics.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
59. Amonics Company. [Электронный ресурс]. URL: https://www.amonics.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
60. LD-PD Inc. [Электронный ресурс]. URL: http://ld-pd.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
61. Nuphoton Technologies Inc. [Электронный ресурс]. URL: https://nuphoton.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
62. Optilab Company. [Электронный ресурс]. URL: https://www.optilab.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
63. Xiamen Beogold Technology Co., Ltd. [Электронный ресурс]. URL: https://www.beogold.com. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
64. ООО НТО «ИРЭ-Полюс». Протокол сборки ESS-30. Результаты тестирования, 2018.
65. ООО «Лазерском». Суперлюминесцентный диод ELED-1550-1. [Электронный ресурс]. URL: https:// laserscom.com/sites/default/files/pdf/eled-1550-1_0.pdf. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
66. ООО «Лазерском». Суперлюминесцентный волоконный источник LC-ASE-C-10. [Электронный ресурс]. URL: https://laserscom.com/sites/default/files/pdf/lc-ase-c-10_1.pdf. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
67. НПО «ТЕЛАМ». [Электронный ресурс]. URL: http://telam.ru. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
68. АО «Нолатех». [Электронный ресурс]. URL: http://nolatech.ru. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
69. ООО ИП «НЦВО – Фотоника». [Электронный ресурс]. URL: https://www.forc-photonics.ru. Дата последнего обращения: 03.04.2024.
70. 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.
Review
For citations:
Egorov D.A., Klyuchnikova E.L., Untilov A.A., Aleynik A.S., Volkovskiy S.A., Kuznetsov V.N., Oshlakov V.S., Pogudin G.K., Liokumovich L.B. Light Sources for Fiber-Optic Gyroscopes. Gyroscopy and Navigation. 2024;32(2):8-34. (In Russ.) EDN: DMBMAR
Views:
7
Email this article 