国防科大《Nature》再发表传感器突破性成果！

发布时间：2026-07-03来源：传感器专家网

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近日，国防科技大学科研团队再在国际顶级学术期刊《Nature》，发表新的传感器科研成果。

6 月 24 日，国防科技大学前沿交叉学科学院激光陀螺团队与纳米光子团队，联合该校理学院及陆军工程大学、湖南师范大学相关课题组，在激光陀螺基础理论研究领域取得标志性进展，相关研究成果以《Chiral laser gyroscopes breaking the lock-in limit》为题在线发表于国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）。

论文共同第一作者为国防科技大学前沿交叉学科学院博士毕业生毛元昊（现为陆军工程大学讲师，师从龙兴武教授）、学院纳米光子团队讲师徐纪鹏（师从朱志宏教授）、学院硕士毕业生纪鈜腾（师从谭中奇教授）；毛元昊、徐纪鹏与国防科技大学理学院景辉教授担任论文共同通讯作者，谭中奇、全豫川、黄然等为论文共同作者。

该项研究工作得到国家科技重大专项、国家自然科学基金、学校自主科研基金等多项科研项目的资助支持。

相关论文可在《Nature》查看：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10684-4

该研究颠覆了行业沿用半个世纪的 “规避模式竞争” 设计思路，转而主动操控氦氖激光器中原本被视为性能阻碍的模式竞争效应，通过诱导手性自发对称破缺，在无需引入任何外部偏置元件的条件下，从物理本质上打破了环形激光陀螺的闭锁（锁区）限制。

实验结果显示，这款手性激光陀螺实现了 0.022 度 / 小时的零偏稳定性，且完全兼容传统二频激光陀螺的成熟制造工艺，为研制全固态、高精度、可小型化的下一代激光陀螺仪开辟了全新技术路径。

环形激光陀螺仪是高端惯性传感器领域的主流技术方案，数十年来在超高精度惯性导航系统、自主导航平台乃至基础科学大科学装置中发挥不可替代的核心作用，是战机、舰艇、导弹、航天器实现无卫星全自主导航的核心器件。

其核心原理基于萨格纳克效应：将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉，当在环路平面内有旋转角速度时，屏幕上的干涉条纹将会发生移动，这就是萨格纳克效应。

与其他光学陀螺仪不同，RLG最显著的特点在于光源与传感的集成：它本质上是一个He-Ne激光器，同时产生与旋转速率成正比的拍频。这种拍频信号源于萨格纳克效应，该效应导致顺时针和逆时针激光模式对之间发生频率分裂。然而，在低旋转速率下，由于背向散射耦合，CW和CCW模式的频率不可避免地发生简并，从而导致拍频信号丢失。

手性偏置He–²⁰Ne RLG的工作原理（图源自Nature ）

该研究提出了一种自偏置方法，通过在He-²⁰Ne RLG中无需插入元件，利用手性自发对称破缺和非线性频率牵引来克服这一局限性。在揭示自发对称破缺相变条件和双稳态手性态动力学的理论模型支持下，实验证明了与旋转方向同步的确定性手性切换。

值得注意的是，手性RLG在近零旋转速率下具有线性频率响应，在10秒积分时间下实现了2.2×10⁻²度/小时的开环偏置不稳定性。该工作为全固态、高精度和小型化激光陀螺仪的开发提供了一种策略，可用于探索光子系统中非线性动力学与自发对称破缺的相互作用。

本次研究成果的发表，对我国高精度惯性导航技术实现自主可控与跨越式发展具有里程碑式的战略意义。不同于传统依赖外部偏置机构的技术路线，本次提出的手性激光陀螺方案从底层原理突破闭锁限制，具备天然的全固态、结构简化优势，有望推动高性能激光陀螺加速向芯片化、小型化、低成本方向迭代，应用边界将从传统国防军工、航空航天核心领域，进一步延伸至民用自主导航、移动通信、消费电子乃至基础物理研究等多元场景，带动全产业链的技术升级与价值重构。

在民用场景中，高可靠小型化激光陀螺可作为卫星导航的核心补充方案，让自动驾驶车辆在隧道、地下车库等卫星信号遮蔽场景下仍能保持连续精准导航，智能手机的定位导航也可摆脱信号波动影响，实现全场景稳定的方向感知；在航天深空探测领域，体积更小、可靠性更高的激光陀螺能够进一步减轻航天器载荷、提升系统寿命，为卫星、火星车等深空探测装备提供更持久、更精准的惯性导航支撑，助力我国深空探测事业走得更远。

国防科技大学是我国激光陀螺研究事业的先行者与核心攻坚阵地，“背心院士” 高伯龙破解 “钱学森密码” 的科研传奇，早已成为镌刻在一代代科大人血脉中的精神坐标。