谐振式微光学陀螺系统设计

集成化、微型化是谐振式光学陀螺的发展趋势之一.通过分析在一定激光器线宽情况下,谐振式微光学陀螺(R-MOG)系统极限灵敏度和环形谐振腔光路中各主要参数之间的关系,得到环形谐振腔耦合系数与环形谐振腔损耗参数间的关系.设计优化R-MOG系统的主要光学参数,使得系统的极限灵敏度达到最高.并且对实际设计的集成微光学环形谐振腔组成的R-MOG系统进行模拟转动的开环响应测试.为R-MOG系统的构建提供了理论及实验基础.     

掺铒光纤谐振腔陀螺的谐振腔设计

光纤谐振腔作为谐振式光学陀螺的核心传感器件,其性能直接决定了谐振式光学陀螺的灵敏度。目前使用的光纤谐振腔存在着品质因数偏低的问题,极大地限制了谐振式光学陀螺极限灵敏度的提升。将掺铒光纤引入到光纤谐振腔中并外加高稳定性的泵浦激光器形成掺铒光纤谐振腔,从而有效提升了谐振腔的品质因数。通过对激光功率、掺铒光纤长度等参数的实验探索,确定了最佳的掺铒光纤谐振腔的设计参数,实现了应用于谐振式光学陀螺品质因数为1.44×109的掺铒光纤谐振腔。搭建了基于掺铒光纤腔的谐振式光学陀螺测试系统,经实验测试该系统的零偏稳定性为0.077 5°/s,验证了掺铒光纤腔在陀螺系统中的应用,为新型角速度测量技术提供了新的研究思路和发展方向。     

集成光学陀螺谐振腔结构参量的确定

为了研究集成光学陀螺灵敏度的优化,采用调频光谱原理与多光束干涉方法,对谐振式集成光学陀螺核心敏感器件的谐振特性、决定因素及其它们对陀螺灵敏度的影响进行了研究,得到了与光纤谐振腔情形不同,耦合比与腔长变化对谐振特性影响具有二重性的结果。结果表明,在给定波导传输损耗的条件下,以陀螺灵敏度为判据,集成光学陀螺存在由波导损耗水平决定的最佳谐振腔结构参量。     

集成光学陀螺谐振腔结构参量的确定

为了研究集成光学陀螺灵敏度的优化,采用调频光谱原理与多光束干涉方法,对谐振式集成光学陀螺核心敏感器件的谐振特性、决定因素及其它们对陀螺灵敏度的影响进行了研究,得到了与光纤谐振腔情形不同,耦合比与腔长变化对谐振特性影响具有二重性的结果.结果表明,在给定波导传输损耗的条件下,以陀螺灵敏度为判据,集成光学陀螺存在由波导损耗水平决定的最佳谐振腔结构参量.     

相位调制对高Q光学微球腔谐振特性的影响

光学微腔由于其极高的品质因数(Q)特性而具有广泛的应用前景。该文根据光学微球腔与锥形光纤的耦合原理对光学微球腔的谐振特性进行了实验研究。通过实验研究了相位调制参数对光学微球腔谐振深度的影响,并获得了相位调制电压和调制频率与光学微球腔谐振深度变化的关系。实验结果表明,相位调制参数的变化,对光学微球腔的谐振特性——谐振深度,有一定影响,在应用中根据需要选择合适的相位调制参数。     

相位调制对高Q光学微球腔谐振特性的影响

光学微腔由于其极高的品质因数(Q)特性而具有广泛的应用前景。该文根据光学微球腔与锥形光纤的耦合原理对光学微球腔的谐振特性进行了实验研究。通过实验研究了相位调制参数对光学微球腔谐振深度的影响,并获得了相位调制电压和调制频率与光学微球腔谐振深度变化的关系。实验结果表明,相位调制参数的变化,对光学微球腔的谐振特性——谐振深度,有一定影响,在应用中根据需要选择合适的相位调制参数。     

谐振式光纤陀螺中环形谐振腔的实验研究

文中报道了谐振式光纤陀螺中光纤谐振腔的研究工作，首先简述了谐振式光纤陀螺的基本原理，然后对光纤环形腔的谐振性进行了分析，给出谐振条件，并且根据系统的性能要求，对陀螺的谐振腔光路系统进行了设计。     

硅基光波导谐振腔及其在陀螺传感中的应用

光波导谐振腔是谐振式光学陀螺的核心传感器件,其性能直接决定了谐振式光学陀螺的精度。为了提高谐振式光学陀螺系统的精度,分别对用于谐振式光学陀螺的核心器件透射式谐振腔和反射式谐振腔进行了研究。首先选择适用于谐振式光学陀螺的透射式和反射式谐振腔,然后对光波导谐振腔进行高精度温度控制,实验测试比较了反射式谐振腔和透射式谐振腔在谐振式光学陀螺中的背散噪声和偏振噪声,比较发现透射式谐振腔引起的背散噪声约为同品质因数反射式谐振腔的1/2,透射式谐振腔温度变化引起陀螺的偏振漂移均值约为同品质因数反射式谐振腔的1/3,最后分别搭建了基于透射式和反射式谐振腔的光学陀螺系统,测得透射式谐振腔陀螺系统和反射式谐振腔陀螺系统的零偏稳定性分别为0.021°/s和0.048°/s,最终确定了谐振式光学陀螺采用透射式谐振腔的方案。     

谐振式陀螺微球腔谐振频率跟踪锁定技术研究

理论上分析了谐振式陀螺系统中的传输特性和正弦波调制特性。为了实现谐振频率的跟踪锁定,设计并搭建了谐振频率跟踪锁定试验系统。通过正弦波调制、解调得到了谐振频率跟踪锁定需要的鉴频曲线。利用PID反馈控制电路和得到的鉴频曲线实现了谐振频率的跟踪锁定,并进一步评估得到了谐振频率跟踪锁定的精度和稳定度。为光学微谐振腔的谐振频率跟踪锁定技术的深入研究提供了参考。     

谐振式光学陀螺数字锁频精度优化设计北大核心

环境温度等外界因素引起的互易性噪声极易改变谐振式光学陀螺中光波导谐振腔特性,对陀螺系统测试产生极大影响。利用高精度的激光频率锁定技术对陀螺系统中的互异性噪声进行有效抑制,提高了陀螺性能。根据谐振式光学陀螺系统工作原理,分析建立激光器锁频闭环回路模型,通过程控运算放大电路改变控制增益,优化激光器电流调谐的控制精度,实现了闭环回路锁频精度的提升与系统中的互异性噪声的抑制。通过搭建的谐振式光学陀螺系统平台测试得到,锁频精度可提高近一个数量级,最终成功将频率锁定精度提升至6.3°/h,陀螺长期零偏稳定性达到31.26°/h。     

基于双频锁定的谐振式微光陀螺背散噪声抑制

经过十余年的发展,谐振式微光陀螺(RMOG)系统中的光学噪声依旧是制约陀螺输出精度的重要因素,其中背向散射噪声是谐振式微光陀螺系统中的主要光学噪声之一。本文首先分析了背散噪声产生机理,建立了谐振式微光陀螺系统背散噪声数学模型。其次,利用不同频率激光,将CW与CCW光路中的背散噪声与反向光信号的相干噪声信号移频至高频段并滤除,实现背散噪声抑制的方法。并利用双激光器双频锁定的方法进行了验证。实验结果显示,谐振曲线中背散噪声被有效抑制,从而使谐振式微光陀螺系统锁频精度提高了5倍,锁频精度达到6 °/h。     

微光学陀螺楔形谐振腔制备技术研究

Si基谐振式光学微腔陀螺以小型化、集成化成为未来姿态检测领域的发展趋势,其极限灵敏度主要取决于谐振腔直径D与品质因数Q值乘积,目前常见的硅基微腔直径为微米级,为了进一步提高极限灵敏度,实验中控制加工工艺减小反应过程中残余应力与表面粗糙度,制备出直径D为8mm、表面粗糙度小于1nm、Q值2.4×106的大尺寸硅基SiO2楔形谐振腔,可实现陀螺极限灵敏度达到55°/h,为芯片级、集成化的新型谐振式光学微腔陀螺的研究奠定了实验基础。     

先进微陀螺器件及微惯性测量单元最新研究进展

微纳加工技术与振动惯性技术的结合使惯性仪表技术发生了重大的变革,拓展了惯性技术在军用和民用领域的应用。高性能微惯性器件对军事装备和国民经济的发展起着越来越大的作用。该文基于美国国防高级研究计划局(DARPA)近年来在微惯性传感器技术领域的资助项目,综合研究了微机电系统(MEMS)谐振陀螺、微光学陀螺(MOG)、声表面波(SAW)陀螺等微惯性传感器技术及微惯性测量单元的最新发展现状,并对其发展面临的技术挑战进行了详细地分析与评述。     

微机械陀螺仪设计与研究

介绍了微机械陀螺仪的关键技术、种类、性能比较和不同应用领域对其性能参数的要求。总结了近几年国内外微机械陀螺仪结构的研究最新成果。对框架式、音叉式、振动轮式、振动环式、转子悬浮式、质量块式和双线振动式等微机械陀螺仪的结构、加工和性能等进行了分析比较。主要阐述了微机械陀螺仪的漂移误差、精度和封装技术3大研究难点和高精度、微加工维度、结构和电路优化、单片多自由度和单片集成化等研究发展趋势。     

高精度环形谐振腔的结构设计及优化

环形谐振器作为谐振式光学陀螺的核心敏感部件,其精细度的大小直接影响光纤陀螺的灵敏度,所以研究光纤环形谐振器的特性及其精细度是优化陀螺设计和制造及提高性能的关键.通过对比分析不同耦合器结构的耦合原理,系统分析了在一定激光器线宽的基础上,谐振式光学陀螺系统灵敏度和谐振腔光路中各参数的间的关系及耦合器耦合系数与各损耗参数间的关系.设计优化R-MOG系统的主要参数.最终在同时考虑到谐振腔的高精细度和高Q值得前提下,得到当腔长尺寸为21.4 cm时,精细度达170,Q值为3.34107,此时,灵敏度为0.48 ()/h,并且,通过建立一个R-MOG闭环实验系统,对系统双路转动的闭环响应进行了测试,这为陀螺系统的构建提供了理论和实验基础.     

无源谐振腔激光陀螺实验系统的研制

报道了采用反射型谐振腔结构的无源谐振腔激光陀螺系统。在实验室环境下,取得了漂移稳定性1.7deg/h的性能。指出了引起陀螺漂移的误差因素,并提出进一步改善陀螺测量精度的措施。     

Dielectric property measurement using a resonant nonradiative dielectric waveguide structure

This letter describes a new dielectric characterization technique, based on the resonant nonradiative waveguide structure described by Yoneyama and Nishida , for permittivity measurements at microwave and mm-wave frequencies. The measurement system is modeled as a resonator comprised of two parallel conducting plates with a rectangular dielectric slab sandwiched in-between. Resonant frequencies of the longitudinal section electric (LSE) modes and the unloaded Q of the cavity are used to determine the permittivity of the dielectric and its loss tangent, respectively. The technique is shown to be accurate for measuring the dielectric properties of a wide array of polymer and oxide materials. For materials with small dielectric loss tangents, an accuracy of better than /spl plusmn/0.4% is attained in the measurement of the relative dielectric constant of the material.     

利用模糊算法实现光学谐振腔锁定优化（特邀）

光学谐振腔不仅可以增强激光和物质的相互作用,而且能够抑制激光的噪声,是开展精密测量、量子光学等研究的重要工具。激光和光学谐振腔共振的稳定锁定是其应用的关键。然而,在实际环境中锁定效果会受机械振动、温度变化等因素的影响。提出了将模糊算法应用于PDH （Pound-Drever-Hall）技术,使比例积分微分控制器的三个参数能够根据外界环境变化进行调节以实时获得最优参数,有效提升了光学谐振腔的锁定的抗干扰能力。如果外界干扰仍然过大以至于失锁,系统可以使其自动重新锁定。该系统有效增强了光学谐振腔的实用性,为光学谐振腔在精密测量、量子光学实验中的应用提供了技术基础。     

新型混合式集成光学陀螺系统

提出了一种混合式集成光学陀螺系统结构。所有的无源光学器件在单一硅片上进行加工。光源和探测器等有源器件通过倒装焊的工艺进行键合。此种结构的主要优势是去除了外部的调制器,将陀螺系统的集成化提高到一个新水平。详细阐述了混合式集成光学陀螺的调制解调技术。系统的频率调节通过在激光器的输入电流上加载高频方波来实现。当陀螺旋转时,谐振腔内传输的两路光分离,输出呈方波形式,通过检测方波信号可以得到角速度的值。该研究对集成光学陀螺系统的研究有较大贡献。     

半球谐振子不平衡力的推导及与驻波关系研究

半球谐振陀螺作为一种高精度的陀螺仪,具有良好的学术研究价值及重要的应用价值,是国内外研究的热点。半球谐振子是半球谐振陀螺的核心部件,是一种工作中做四波腹振动的半球壳结构。由于在实际加工过程中存在误差,因此实际的谐振子无法达到理想的轴对称结构,这将导致谐振子在做四波腹振动时产生其他振动,从而对陀螺的精度产生影响。其主要原因是谐振子做四波腹振动时,非轴对称结构将产生非对称的惯性力。为此,该文对谐振子的不平衡力进行了理论推导,给出了半球谐振陀螺不平衡力的理论公式,并通过数值计算给出不平衡力与驻波方位间定量的关系,为分析不平衡质量对陀螺精度的影响提供参考。