1、光纖環(huán)簡(jiǎn)介

光纖環(huán)（Fiber Optic Coil）是將特種光纖材料按照相關(guān)的體積要求、光學(xué)要求、振動(dòng)要求，采用專用光纖環(huán)繞制設(shè)備（繞環(huán)機(jī)），通過(guò)特殊的繞法、固化工藝和膠粘劑將光纖纏繞成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的一種光學(xué)器件。光纖環(huán)中的光纖長(zhǎng)度從幾十米到幾十公里，環(huán)圈內(nèi)徑從幾毫米到幾千毫米不等。絕大部分光纖環(huán)為圓形結(jié)構(gòu)，存在少量的橢圓等異形結(jié)構(gòu)。

光纖環(huán)被廣泛應(yīng)用于航天航空制導(dǎo)、海洋監(jiān)測(cè)、智能電網(wǎng)、5G 通信、石油鉆探、地震監(jiān)測(cè)、軌道交通等國(guó)防軍工及民用領(lǐng)域，是諸多重要的光纖傳感應(yīng)用系統(tǒng)中的光學(xué)敏感核心器件和重要延時(shí)器件。以下為幾類重要的光纖環(huán)：

（1）光纖陀螺用光纖環(huán)

光纖陀螺是光纖環(huán)最典型的應(yīng)用產(chǎn)品，光纖環(huán)是光纖陀螺的傳感核心。在構(gòu)成光纖陀螺的五大光學(xué)器件——光纖環(huán)、Y 波導(dǎo)、光源、耦合器、PIN-FET 組件中，光纖環(huán)和 Y 波導(dǎo)是兩大關(guān)鍵器件，光纖環(huán)作為敏感元件主要用于測(cè)量物體偏轉(zhuǎn)角度。不同類型的光纖繞制成的陀螺用光纖環(huán)，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜需求。例如，保偏光纖陀螺的光纖環(huán)采用保偏光纖繞制而成，消偏型光纖陀螺的光纖環(huán)采用普通單模光纖繞制。而光纖環(huán)的纏繞質(zhì)量好壞直接決定了光纖陀螺的精度。

（2）光纖水聽(tīng)器敏感環(huán)

水聽(tīng)器敏感環(huán)用于干涉型光纖水聽(tīng)器，是將水聲振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的敏感器件。光纖水聽(tīng)器是一種建立在光纖、光電子技術(shù)基礎(chǔ)上的水下聲信號(hào)傳感器，它通過(guò)高靈敏度的光學(xué)相干檢測(cè)，將水聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過(guò)光纖傳至信號(hào)處理系統(tǒng)提取聲信號(hào)信息。水聽(tīng)器敏感環(huán)與激光器、耦合器、反射鏡和探測(cè)器一起構(gòu)成了干涉式光纖水聽(tīng)器光路結(jié)構(gòu)，為了適應(yīng)海洋復(fù)雜嚴(yán)苛的環(huán)境，敏感環(huán)必須具有小體積、高強(qiáng)度、高可靠性、低損耗、耐濕、耐鹽、耐高壓的性能特點(diǎn)。

（3）通信延時(shí)環(huán)

通信延時(shí)環(huán)用于通信、雷達(dá)設(shè)備中需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行延時(shí)的光模塊中，利用光信號(hào)經(jīng)過(guò)一段或多段不同長(zhǎng)度的光纖傳輸后所產(chǎn)生的時(shí)間延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)光信息的切換、緩沖、路由，是復(fù)雜光系統(tǒng)中必需的光路器件。

因其具有信號(hào)傳輸不受電磁環(huán)境干擾、頻帶寬、延時(shí)范圍大、溫度變化率小的特點(diǎn)，逐漸成為射頻、中頻段延遲信號(hào)的理想的選擇。通信延時(shí)環(huán)與電光轉(zhuǎn)換器、光電轉(zhuǎn)換器組成了延時(shí)光路，克服了傳統(tǒng)延遲系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)手段方面的瓶頸，滿足了雷達(dá)、導(dǎo)航、通信等電子設(shè)備中對(duì)電信號(hào)長(zhǎng)延遲需求。

（4）5G 平繞環(huán)

5G 平繞環(huán)主要用于 5G 基站中的光電振蕩器（OEO），光電振蕩器是一種將激光能量轉(zhuǎn)變成電磁波信號(hào)能量的新型電磁波信號(hào)發(fā)生裝置，它是利用光纖的低損耗、高儲(chǔ)能特性配合有源光器件構(gòu)成正反饋回路，使回路中有源器件產(chǎn)生的某一頻率噪聲信號(hào)滿足振蕩條件，形成穩(wěn)定的電磁波信號(hào)輸出，是一種高質(zhì)量的電磁波信號(hào)源。是 5G 通信基站等射頻/微波信號(hào)產(chǎn)生、處理和發(fā)射的重要元器件。

（5）光纖電流互感器延時(shí)環(huán)

FOCT 延時(shí)環(huán)用于全光纖電流互感器中，是一種為滿足信號(hào)處理的需求而增加光路光程、延長(zhǎng)光波傳播時(shí)間的光纖器件。全光纖電流互感器（Fiber OpticalCurrent Transformer，F(xiàn)OCT）采用全光纖光路，通過(guò)一個(gè)相位調(diào)制器實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)的閉環(huán)檢測(cè)，從而大大提高了傳感器的測(cè)量精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，成為光學(xué)電流互感器發(fā)展的主流方向。FOCT 延時(shí)環(huán)與光源、耦合器、調(diào)制器、偏振器、1/4玻片、光纖線圈、反射鏡以及探測(cè)器構(gòu)成了全光纖電流互感器的光路結(jié)構(gòu)，延時(shí)環(huán)在全溫環(huán)境下的偏振穩(wěn)定性直接決定了互感器的測(cè)試精度。

2、保偏光纖環(huán)在光纖陀螺領(lǐng)域的應(yīng)用

光纖陀螺環(huán)是光纖陀螺的角速度敏感元件。光纖陀螺的核心技術(shù)即在于光纖環(huán)技術(shù)，光纖環(huán)繞制水平的優(yōu)劣直接決定了光纖陀螺的最終精度。光纖陀螺現(xiàn)已成為各種高技術(shù)武器裝備制導(dǎo)和姿態(tài)控制的主要慣性部件。

干涉型光纖陀螺是目前應(yīng)用最為廣泛的一種光纖陀螺。按照電信號(hào)處理方式的不同，干涉型光纖陀螺分為開(kāi)環(huán)光纖陀螺和閉環(huán)光纖陀螺兩種，其中閉環(huán)型是一種較為精密、復(fù)雜的光纖陀螺，在中等精度的慣導(dǎo)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。

目前干涉型光纖陀螺的光纖元器件一般都用保偏光纖制作。由于保偏光纖對(duì)線偏振光具有較強(qiáng)的偏振保持能力，并且與普通單模光纖有良好的相容性，從而大大提高了光纖陀螺的性能。一般一個(gè)光纖陀螺組合單元需要三個(gè)相互垂直布設(shè)的光纖環(huán)，分別測(cè)量三個(gè)自由度的角速度。