保偏光纤环与Y波导芯片直接耦合技术研究

光纤陀螺光路结构中,Y波导器件与保偏光纤环通过尾纤熔接的方式连接形成闭合回路来敏感系统相对惯性空间的转动信息,而熔接点引入的偏振交叉耦合以及背向反射是制约光纤陀螺测量精度进一步提高的主要因素.为此,提出了一种实现保偏光纤环与Y波导芯片直接耦合的方法,并制作了两者直接耦合的敏感环光路.经实验测试,光路中Y波导器件的插入损耗典型值为2.7 dB,分光比优于48/52～52/48,偏振串音优于-30 dB,性能指标与常规的Y波导器件相当.该光路模块理论上有利于减小光纤陀螺系统噪声和提高测量精度.     

光纤陀螺用Y波导半波电压的测试方法研究

提出了一种基于塞格纳克效应的用于精确测量光纤陀螺用集成Y波导半波电压的方法--陀螺开环搜索法.这种方法通过特殊的调制和解调方式使塞格纳克干涉仪工作在开环状态,干涉仪的输出信号中包含有调制信号复位电压与集成Y波导半波电压的信息,利用这些信息调节调制信号复位电压,使之不断逼近集成Y波导的半波电压,最终达到集成Y波导半波电压的精确测量.这种方法利用光纤陀螺本身的光路和电路进行测量,不需搭建专用的测试系统,而且可以实现全自动测量.它比目前广为采用的马赫-泽德干涉仪法更精确、更方便、更有实用价值.     

尾纤长度不对称导致的光纤陀螺振动误差分析

如何提高光纤陀螺在振动环境下的精度是光纤陀螺工程化过程中必须考虑的问题。当前,对于降低光纤陀螺振动误差的方法主要集中在改善光纤陀螺的机械结构和固定光纤环上。然而,Y波导与光纤环的尾纤长度不对称也是引起光纤陀螺振动误差的一个重要原因。首先根据弹光效应从理论上阐述了由振动所引起非互易相移的原理,进而分析证明了振动条件下左右两侧的波导尾纤与光纤环的尾纤长度之和不相等,即尾纤长度不对称是导致振动条件下非互易相移产生的一个重要原因。在此基础上推导出了振动条件下光纤陀螺两侧尾纤长度和之差与陀螺输出误差的理论关系式,并通过Matlab仿真了两侧尾纤长度和之差与陀螺输出漂移的关系曲线。     

光纤陀螺用双Y分支波导相位调制芯片与PIN-FET集成器件

针对集成化、小型化及低成本光纤陀螺应用需求,基于光路耦合和精密组装等工艺研制了双Y分支波导相位调制器芯片与PIN-FET组件封装级集成的样品器件。装机测试表明,该光纤陀螺在常温下的零偏稳定性优于0.2°/h。     

集成光学在光纤陀螺仪中的应用

集成光学器件人有插入损耗小,驱动电压低,调制带宽大并与保偏光纤兼容等特点,已成为研制闭环光纤陀螺的必然途径。本文对适合于光纤陀螺的铌酸锂集成光学进行了概述,同时结合我所光纤陀螺的研制情况,分析,讨论了几种集成度不同的1．3μm铌酸锂集成光学器件（包括条波导相位调制器,Y分支多功能集成光路和双Y型无源全集成光路）,给出了相应的部分测试结果,最后对集成光学在光纤陀螺中的应用前景进行了展望。     

采用双Y型LiNbO3集成光路的闭环光纤陀螺研究

集成化已成为研制中、高精度大动态范围光纤陀螺的一个必然途径。文中报道了一种采用光纤滤波/双Y型集成光路和全数字处理的闭环光纤陀螺,其中光纤滤波/双Y型多功能集成光路是采用退火质子交换法(APE)在铌酸锂衬底上制作而成的,它包含了光纤陀螺所需的除光纤线圈以外的无源光学器件的全部功能两个分光/合光器(耦合器)、两个宽带相位调制器(推挽工作)和一个高消光比的偏振器,测试结果表明,陀螺零偏稳定性优于1°/h。该陀螺结构紧凑、动态范围大、精度适中、成本低,特别适合于战术级的应用。     

采用双Y型LiNbO_3集成光路的闭环光纤陀螺研究

集成化已成为研制中、高精度大动态范围光纤陀螺的一个必然途径。文中报道了一种采用光纤滤波/双Y型集成光路和全数字处理的闭环光纤陀螺,其中光纤滤波/双Y型多功能集成光路是采用退火质子交换法(APE)在铌酸锂衬底上制作而成的,它包含了光纤陀螺所需的除光纤线圈以外的无源光学器件的全部功能:两个分光/合光器(耦合器)、两个宽带相位调制器(推挽工作)和一个高消光比的偏振器,测试结果表明,陀螺零偏稳定性优于1°/h。该陀螺结构紧凑、动态范围大、精度适中、成本低,特别适合于战术级的应用     

Y波导调制器半波电压及调制相位漂移研究

分析了用于光纤陀螺的Y波导相位调制器的半波电压特性及其对光纤陀螺系统特性的影响,测试了温度和光源波长变化对半波电压的影响;阐述了Y波导调制器调制相位漂移对光纤陀螺系统特性的影响,测试了温度以及相对湿度变化对Y波导调制器调制相位漂移的影响.针对实验结果提出了改进Y波导制作工艺的措施.     

消偏光纤陀螺偏振串扰误差分析及实验研究

以琼斯矩阵为基础,建立了双消偏光纤陀螺(DFOG)系统的光路传输模型,推导出偏振串扰误差的理论表达式。仿真分析了消偏器的45°角误差,偏振串扰点功率耦合,Y波导有限消光比以及环内偏振旋转角对消偏光纤系统偏振串扰误差的影响。实验验证了两消偏器45°角之间的相对偏差以及温度对陀螺零漂的影响。结果表明,两消偏器45°角之间的相对偏差越大、温度梯度越大,对陀螺精度的影响越大。     

基于对称方波调制的光纤陀螺本征频率自动测试方法

从光纤陀螺的调制原理出发,采用频率为光纤环本征频率的1/2的对称方波对Y波导进行调制,分析光纤陀螺的输出信号,得到输出的方波信号的占空比与调制频率的对应关系,通过数据采集卡将占空比转化为方波上下峰值点数差的问题,并以此点数差作为反馈量调节对Y波导的调制频率实现对本征频率的自动锁定。该方法已在工程实践中得到应用,试验结果表明该测试方法可在几秒中之内完成而且测试精度可达0.01kHz。与已有的测量方法相比,基于对称方波调制的测试方法具有更高的精度、高速、数字化和易于实现自动测量。     

光子晶体光纤陀螺热相位噪声研究

光子晶体光纤陀螺使用光子晶体光纤替代普通光纤绕制光纤环,是光纤陀螺的发展方向。光纤种类不同,其热相位噪声特性与传统陀螺存在差异。对光子晶体光纤陀螺光纤热相位噪声展开研究,利用有限元方法建立光纤模型及噪声模型,并搭建光源强度噪声抑制光路对热相位噪声进行测量,通过实验结果与仿真的对比,验证了模型的正确性。     

高精度光纤陀螺振动误差抑制技术

随着光纤陀螺的实用化,载体振动会使高精度光纤陀螺产生测量误差并使噪声增大,对光纤陀螺的性能指标造成不可忽视的影响.为了抑制光纤陀螺的振动误差,提高光纤陀螺的稳定性,对干涉式数字闭环光纤陀螺,从振动对光源和光纤环的影响机理出发,分析了振动影响下光纤陀螺干涉信号的表现形式,并针对此提出了抑制光纤陀螺输出信号噪声和消除陀螺漂...     

三轴光纤陀螺光路系统的设计与研究

针对实际捷联系统中三轴干涉式光纤陀螺仪各轴之间的精度及稳定性不对称问题,提出将Loyt消偏器引入到三轴陀螺光路系统中,新光路结构使每轴陀螺均输入相同的极低偏振度自然光,保证了各轴陀螺的对称性.利用琼斯矩阵与干涉矩阵建立了该结构光纤陀螺的系统模型,并应用此模型对该陀螺的输出及零点偏移情况进行了仿真分析.结果表明,该光路在保持各轴光路高度对称的同时还提高了陀螺系统的精度与稳定性,并在一定程度上降低了对光源偏振度的要求.     

小型化高精度光纤陀螺的检测电路串扰自检测

在高精度光纤陀螺小型化过程中,检测电路串扰问题越发严重,在复杂应用环境下难以采用基于转台的传统方法测试光纤陀螺串扰在输出中的表现。基于此,提出一种基于施加模拟转速阶梯波的测试方法。该方法使用专用电路生成台阶高度人为可控的阶梯波,利用加法电路将其与闭环阶梯波叠加接入Y波导,通过测试陀螺响应,可确定串扰大小。对该方法进行相关实验验证,实验结果表明:该方法能在不依赖于转台的条件下实现光纤陀螺检测电路串扰的自检测,提升了应用系统的设计与测试效率。     

应用于高精度光纤陀螺的超荧光光纤光源

在掺铒光纤放大器技术上发展起来的1.55 μm宽带超荧光光纤光源(SFS)具有相干长度短、输出功率大、温度稳定性好、对紫外线辐射不敏感和寿命长等优点,是惯性级和精密级光纤陀螺的理想光源.概述了1.55μm高精度光纤陀螺的研制现状,同时,对SFS的技术优势、最佳结构设计进行了探讨.最后对采用SFS的光纤陀螺的噪声特性进行了研究,并提出了改善光路系统信噪比和抑制光源强度噪声的技术措施.     

光纤环应力分布测试对光纤陀螺性能的影响

通过对光纤环进行应力分布测试和筛选,实现了改善光纤陀螺性能的目的。分析研究了由应力作用产生的光纤环非互易性对陀螺输出特性的影响,采用光纤应力分析仪对光纤环进行应力测试和筛选。并将经过光纤环在线测试和热应力测试筛选后的光纤环组装成陀螺进行零偏实验。实验结果表明:采用应力分析仪能够有效对光纤环进行应力测试和筛选,经过筛选后组装的光纤陀螺精度有了明显改善,全温范围内零偏稳定性可达0.08 ()/h。对后续高精度光纤陀螺研制有一定的借鉴意义。     

基于ANSYS Workbench的高精度光纤陀螺结构优化设计

温度性能是影响光纤陀螺性能的主要因素,该文针对光纤陀螺的不同应用环境,对光纤陀螺的结构进行优化设计,通过材料热导率的设计,控制光纤环内的温度变化,从而提高光纤陀螺的温度稳定性;通过ANSYS Workbench的有限元分析法,对陀螺骨架的温度进行模拟仿真,既能对结构设计进行理论指导,又能验证结构设计的效果;最终对组装的高精度光纤陀螺样机进行测试,在未进行任何温度补偿的条件下,零偏稳定性达到了0.001(°)/h量级。     

超辐射掺铒光纤光源平均波长稳定性分析

为了解决高精度光纤陀螺要求长时间的标度因数稳定性到10-5以下,必须确保高精度光纤陀螺所采用的掺铒超辐射光纤光源具有非常稳定的平均波长.从超辐射掺铒光纤光源的结构出发,推导出其平均波长主要受到温度、抽运功率、抽运波长、抽运光偏振态以及光纤陀螺返回光功率的影响.详细分析了以上因素对于超辐射掺铒光纤光源平均波长稳定性的影响,并介绍了消除或者减小这些影响因素的措施.同时还总结了提高超辐射光纤光源的平均波长稳定性的相关技术,采用这些技术可以获得平均波长随温度变化系数±0.05×10-6/℃的高稳定性掺铒超辐射光纤光源.对于掺铒超辐射光纤光源在高精度光纤陀螺中的实际应用具有指导意义.     

光纤陀螺传递函数的数字信号辨识法

通过对全数字闭环光纤陀螺的Y波导施加固定的伪随机阶梯波激励信号,即使陀螺处于一定的转动激励中,比较输入信号与输出角速率信号可对光纤陀螺的传递函数模型进行辨识,建立全数字闭环光纤陀螺的传递函数模型。该方法通过软件施加激励信号实现在陀螺生产阶段的传递函数的在线测量,不必施加真实的转动信号。对该方法辨识的重复性进行了验证,结果表明,辨识出的陀螺带宽的重复性优于0.4 Hz。     

单模光纤弯曲半径对光纤陀螺标度因数稳定性的影响

在采用低偏和保偏混合光路的混偏光纤陀螺的光学架构中,包含了一些单模光纤元件和单模光纤。当单模光纤发生弯曲时,光纤中传输的纤芯导波模式和单模光纤中的界面反射波模式之间将会发生相互干涉,导致光的传输特性受到影响。提出了单模光纤弯曲对光纤陀螺标度因数稳定性影响的数学模型。仿真和实验结果表明:当温度发生变化时,单模光纤弯曲会导致传输光的中心波长发生漂移和振荡,从而影响光纤陀螺标度因数稳定性。中心波长振荡的振幅与弯曲半径直接相关。