与激光陀螺工作原理相同，用光纤环取代了环形激光器。将一定长度的光纤绕制成一定直径的光纤环，当光束在光纤环内传输时，如果光纤环沿其等效面矢量具有一个转速，光沿光纤环转动方向传输所需时间比沿转动相反方向所需时间要长，从而产生相位差，即萨格纳克相移（见图1），可表示为：

式中为萨格纳克相移；为所用光纤的长度；为光纤环的直径；为真空中的光速；为面积矢量。  

光纤陀螺采用光纤环，增长激光光束的检测光路，使光纤陀螺的检测灵敏度和分辨率比激光陀螺高，有效克服激光陀螺因闭锁产生的影响。

图1 萨格纳克光纤环示意图

按照工作原理，光纤陀螺主要有干涉型光纤陀螺（interference fiber gyroscope，IFOG）和谐振型光纤陀螺（resonance fiber fyroscope，RFOG）。

通过相位解调技术，把光相位的测量转化为光强度测量，进而测量出角速度。干涉型光纤陀螺通过光的干涉把输出光信号相位的变化转换为强度变化，经光电转换便成为可测量的电信号：

式中为与光源光强有关的系数。通过测量电信号可确定相位差，进而确定光纤陀螺仪所感知的角速度，实现载体旋转运动的实时测量。

用单模光纤和保偏光纤制备干涉型光纤陀螺，用保偏光纤可得到高性能的光纤陀螺。干涉型光纤陀螺分为开环干涉型光纤陀螺和闭环干涉型光纤陀螺。①开环干涉型光纤陀螺（见图2），直接检测干涉后的萨格纳克相移，主要用作角速度传感器。这种光纤陀螺仪结构简单、价格便宜，但线性度差、动态范围小，适合做中、低精度陀螺使用。②闭环干涉型光纤陀螺（见图3），利用反馈回路由相位调制器引入与萨格纳克相移等值反向的非互易相移，是一种精度较高且复杂的光纤陀螺仪，已广泛应用于各种惯导系统中。

图2 开环干涉型光纤陀螺

图3 闭环干涉型光纤陀螺

从激光器发出的光通过光纤耦合器分成两路，再通过另一耦合器分别耦合进入光纤谐振腔，形成相反方向传播的两束谐振光。当谐振腔静止时，两束光的谐振频率相等。当谐振腔以角速度旋转时，其谐振频率不再相等，且由萨格纳克效应可推出这两束光的谐振频率差。通过测量谐振型光纤陀螺中两束谐振腔光的谐振频率差，即可确定旋转角速度。谐振型光纤陀螺具有光源稳定度高、所用光纤短、受环境影响小、成本低等优点。

在军事应用方面，光纤陀螺用于海、陆、空各领域的惯性导航、武器制导与姿态控制系统中。在民用方面，光纤陀螺除了可应用于石油勘探与煤矿采掘领域，还可用于汽车，列车及其他民用客机、商船和客轮的导航与行驶状态感知系统中。