Кафедра оптических коммуникаций и измерительных систем Университета ИТМО, на которой обучается аспирантка, занимается созданием различного рода датчиков, и одна из разработок кафедры — высокоточный волоконно-оптический гироскоп, работа которого основана на так называемом эффекте Саньяка. Если взять замкнутый контур из оптического волокна и направить по нему два световых луча, на середине пути они должны встретиться. Однако, если контур при этом вращается, луч, направленный против вращения контура, пройдет чуть меньший путь, и наоборот. В результате фазы волн чуть сдвинутся относительно друг друга, и по этому сдвигу можно вычислить угловую скорость вращения контура. Всего гироскоп включает три датчика, работающих на этом принципе, в каждом из них примерно по два километра оптоволокна и каждый работает в своей плоскости.
Если просто поставить такой гироскоп на пол, он покажет не «ноль», а величину, равную угловой скорости вращения Земли. Для его работы не нужны внешние ориентиры, как, например, для навигационных систем на основе технологий GPS и ГЛОНАСС — достаточно знать отправную точку, снимать показания датчиков и учитывать скорость вращения планеты. Индустриальный партнер кафедры, ЦНИИ «Электроприбор», производит такие гироскопы в промышленных масштабах для инерционных навигационных систем, которые устанавливают на морские суда.
Работа над волоконно-оптическим гироскопом ведется уже несколько лет, и в ней участвует около семидесяти человек. В частности, аспирантка кафедры оптических коммуникаций и измерительных систем Дарья Погорелая занимается моделированием обработки сигнала для того, чтобы учесть нежелательные эффекты и компенсировать возможные искажения.
«Параметры оптических компонентов системы меняются при изменении внешних условий, например, давления или температуры, и это очень важно учитывать для корректной работы таких прецизионных приборов. Допустим, при нагреве меняется масштабный коэффициент датчика. Мы экспериментально измеряем эти зависимости, вносим в компьютерную модель, а затем думаем над тем, как алгоритмически компенсировать их при обработке сигнала, — объясняет Дарья Погорелая. — Я люблю шутить, что такое моделирование — очень женская работа, потому что моя задача — испортить идеальную модель, внести в нее паразитные эффекты, а потом самой же придумать, как их устранить».
Со своим исследованием методов повышения точности волоконно-оптического датчика угловой скорости Дарья Погорелая приняла участие во Втором всероссийском научном форуме «Наука будущего — наука молодых», который прошел с 20 по 23 сентября в Казани. Там девушка завоевала второе место на конкурсе докладов в категории «Физика и астрономия», уступив только молодому ученому из Казанского федерального университета с исследованием по определению центро-масс небесных тел.
«Наша кафедра ведет много параллельных исследований, и я стараюсь принимать участие во всех, — рассказывает о своей работе аспирантка. — Создаю модели, ищу алгоритмы, которые позволяют компенсировать недостатки. Оптические компоненты, которые выпускают у нас, часто обладают паразитными эффектами, и, конечно, можно заказывать приборы из-за рубежа. Но я считаю, что важно помогать развиваться нашей промышленности — не стоит тратить деньги на то, что можно компенсировать с помощью алгоритмов обработки».
О том, как организовано производство прецизионных волоконно-оптических гироскопов, вы можете почитать здесь.
