Photonic Crystal Fibers with Triangular and Kagome Structures for Fiber Optic Gyroscopes

Abstract

У статті досліджено фотонно-кристалічні волокна (ФКВ) із трикутною та каґоме структурою для використання у волоконно-оптичних гіроскопах (ВОГ). Обґрунтовано переваги ФКВ для покращення ефективності роботи ВОГ завдяки унікальним характеристикам, таким як висока чутливість, низькі оптичні втрати та стійкість до температурних коливань. Розглянуто механізми локалізації енергії через фотонно-кристалічні заборонені зони та однохвильові режими для збільшення точності вимірювань.Проведено числові розрахунки дисперсійних характеристик та власних мод ФКВ із використанням методу розкладання по плоским хвилям у програмному середовищі MIT Photonic Bands. Проаналізовано модельні властивості різних конструкцій ФКВ, зокрема вплив діаметра порожнистої сердцевини на спектральні характеристики. Показано, що оптимальне співвідношення геометричних параметрів ФКВ забезпечує ефективну локалізацію енергії в порожнистій сердцевині та мінімізацію втрат.Особливу увагу приділено ФКВ із каґоме структурами, що демонструють перспективи для зменшення енергетичних втрат завдяки просторовому розподілу електромагнітного поля. Визначено можливості застосування ФКВ у гіроскопах для авіаційних і оборонних навігаційних систем. Результати дослідження відкривають нові можливості для створення високоточного обладнання, здатного працювати в екстремальних умовах.

The article investigates photonic crystal fibers (PCFs) with triangular and kagome structures for use in fiber optic gyroscopes (FOGs). The advantages of PCFs in enhancing FOG performance are substantiated, highlighting their unique features, such as high sensitivity, low optical losses, and resistance to temperature fluctuations. Mechanisms of energy localization through photonic bandgaps and single-mode operation are discussed to improve measurement accuracy. Numerical calculations of dispersion characteristics and eigenmodes of PCFs were performed using the plane wave expansion method in the MIT Photonic Bands software. The modal properties of various PCF designs were analyzed, focusing on the impact of hollow core diameter on spectral characteristics. It is demonstrated that the optimal ratio of geometric parameters ensures effective energy localization in the hollow core and minimizes losses.Special attention is given to PCFs with kagome lattices, which show potential for reducing energy losses due to the spatial distribution of the electromagnetic field. Conclusions are drawn about the application of PCFs in gyroscopes for aviation and defense navigation systems. The findings open new possibilities for developing highprecision equipment capable of operating under extreme conditions.