三轴一体化光纤陀螺光源驱动技术

根据三轴一体化光纤陀螺共享光源,要求光源能够提供较大的高精度的恒流以满足实际需要.结合SLD(超辐射发光二极管)光源结构特点及其工作原理,采用恒流和温控方案,设计了新的高精度恒流驱动和温度控制系统.经测试结果表明,设计的系统能够在环境温度为-45℃～ 70℃内稳定工作,实现了高精度恒流和温度驱动控制,满足三轴一体化光纤陀螺对光源驱动的要求.     

基于光纤环形镜的C+L波段高平坦高功率掺铒光源

研究并设计了一种用3 dB宽带耦合器制作的光纤环形镜作为反射镜的双级双程单管抽运高平坦度高功率C+L波段ASE光源。用2个980 nm激光二极管调试两级抽运光功率的分配,两级采用掺铒浓度不同的光纤并优化光纤长度,获得了功率高达15.28 mW(11.84 dB/m)的C＋L波段ASE光输出,平均波长为1 559.31 nm,在未采用任何外加滤波器的情况下,其平坦区域3 dB带宽66.72 nm(从1 533.12 nm至1 599.84 nm)。之后采用一个激光二极管实现两级双向同时抽运得到了同样的效果。通过光纤环形镜的使用,不仅提高了抽运源利用效率,且改善了光源的平坦度,在实验过程中,在平坦度相度相对要差一些的条件下,还通过调整两级抽运光的功率及分配比例得到了功率达到30.11 mW的C+L 波段ASE输出。     

光纤陀螺用SLD光源的控制方法研究

光源控制技术是光纤陀螺技术研究领域的关键技术之一.为进一步提高光源的控制精度,从SLD光源驱动原理出发,提出光源模拟控制与数字控制方案,分析了电路原理,结合实际研究情况,从恒流精度、温控精度及光功率等关键技术指标出发,对两种方案进行比较并给出结论.     

超荧光光源温度动态特性的分析及控制

针对高精度光纤陀螺对光源稳定性的需求,提出了一种以32位数字信号处理器TMS320F2812为核心的掺铒超荧光光纤光源(SFS)的数字化温控方案。以该光纤光源(SFS)为研究对象,分析了现有的光源温度控制技术的优缺点;在模拟控制方案的基础上,提出了\"数字恒流源+数字温控\"的方案。研究了热电制冷器(TEC)的工作特性、SFS泵浦源的内部结构和传热机理,建立了SFS光源管芯温控系统的数学模型。设计了相应的连续域超前-滞后校正网络,并进行控制器的离散化处理,得到了PID数字补偿控制算法。最后,实验验证了SFS光源的数字化温控系统的温控精度。结果表明,在20～90℃,系统温控精度优于±0.05℃,满足了光纤陀螺低功耗、小型化等要求。     

掺铒单模光纤飞秒脉冲激光器和放大器

为了获得一种被动锁模掺铒光纤振荡器及功率放大器,数值模拟出超短脉冲在光纤中的传输和演化过程,并基于此搭建了一种被动锁模掺铒光纤飞秒振荡器及功率放大器。实验获得了中心波长1560 nm、重复频率100 MHz、输出功率30 mW、脉冲宽度85 fs超短脉冲。通过采用PPLN晶体进行倍频,进一步获得了输出功率5 mW,中心波长780 nm的飞秒脉冲。该光纤激光器为全保偏光纤结构,具有体积小巧、可靠性高、稳定性好的特点。     

基于FBG的波长可调谐环形掺铒光纤激光器

在介绍光纤光栅波长调谐原理的基础上,设计了一种环形腔掺铒光纤激光器。利用光纤光栅(FBG)作为波长调谐元件,在20~170℃的温度范围内,实现了输出激光波长在1547.7~1556.5nm内的连续可调,调谐线性度达99.96%,激光光谱的3dB带宽均小于0.05nm,20dB带宽均小于0.08nm,边模抑制比大于52dB,输出功率可达21.2mW。结果表明:可调谐掺铒光纤激光器具有可用带宽较宽、功率高、线宽窄、与光纤元件天然兼容等优点。     

光纤陀螺用SLD光源驱动电路

半导体激光光源超辐射二极管 ( SLD)的稳定性对光纤陀螺 ( FOG)的性能有重要影响 ,介绍了 SL D稳定性要求及驱动电路控制的原理 ,并分析了实现控制的几种方案。这对其他高精度要求的半导体激光光源也具有通用性     

掺铒光纤放大器自动增益控制的DSP实现方法

对掺铒光纤放大器(EDFA)的增益控制电路的发展和最新动态做了简要介绍,提出了带前馈控制的数字PID参数自寻优控制算法在EDFA自动增益控制中的应用.试验结果表明,这种基于DSP的EDFA自动增益控制法成本较低、可靠性好,可以用不同的算法对系统进行控制.     

基于石墨烯可饱和吸收体的掺铒光纤环形腔脉冲激光器

利用新型材料石墨烯作为可饱和吸收体,设计了用于光纤通信和材料加工的环形腔结构脉冲光纤激光器,实验研究了石墨烯可饱和吸收产生脉冲输出的原理以及输出脉冲激光的特性。通过激光诱导沉积法将石墨烯材料转移到光纤端面并将其置于环形激光腔结构中;采用974nm半导体激光器作为抽运源,掺铒光纤作为增益介质,调节偏振控制器的角度得到了稳定的锁模输出脉冲。获得的锁模脉冲中心波长为1560.1nm,重复频率为7.89MHz,脉冲光谱3dB带宽为0.27nm,脉冲宽度为14.7ps。实验显示,由于石墨烯具有良好的可饱和吸收性能,损伤阈值比较高,有望取代单壁碳纳米管成为一种新型的激光锁模材料。     

用于光纤陀螺油井测斜仪的光源温控系统设计

提出了一种基于DSP的数字化光源温控方案,以适应光纤陀螺油井测斜仪的井下高温工作.方案采用32位TMS320F2812芯片作为控制核心,以脉宽调制(PWM)方式驱动全桥电路.通过分析半导体制冷器TEC的温度动态特性,建立了与之对应的数学模型,设计了PID数字补偿控制算法,实现了数字化的光源温度控制系统.实验结果表明:该温控系统在90℃外界环境温度下,控温精度可以达到±0.03℃,解决了光纤陀螺油井测斜仪的井下高温适应性难题.     

Wavelength switchable and stable single-longitudinal-mode erbium-doped fiber laser based on Mach–Zehnder interferometer and tunable filter

An erbium-doped fiber laser with all-fiber Mach–Zehnder interferometer (MZI) and tunable filter was proposed and experimentally demonstrated. In the designed fiber laser, 6?m C-band erbium-doped fiber was selected as a gain medium; the MZI comprised two waist-enlarged fiber bitapers. In the experiment, the laser threshold was 93?mW, whereas a switchable single-longitudinal-mode laser was realized within 1519.7–1564.6?nm by adjusting the tunable filter and the line interval was less than 2.5?nm; for single-wavelength laser, the peak power difference of each line was less than 4?dB, and the power fluctuation was less than 0.77?dB within 10-min scan time. A stable and switchable dual-wavelength laser was realized, the wavelength spacing of each dual-wavelength laser was less than 0.7?nm, the side-mode suppression ratio was more than 30.2?dB, and the power shift was less than 0.39?dB. The laser’s 3-dB linewidth was less than 0.1?nm.     

基于光纤Sagnac干涉仪的高精度宽谱光源平均波长测量技术

精确测量宽谱光源平均波长对研制高精度光纤陀螺具有重要意义.提出了一种高精度宽谱光源平均波长测量方法.采用全保偏Sagnac环形干涉仪实现宽谱光信号的干涉,采用微弱相位信号检测技术实现光波长信息的提取.推导出了宽谱光平均波长的数学模型,提出了光路设计方案和信号处理方案,提出了不敏感Sagnac效应的四态方波偏置调制单边解调的波长检测算法.精度分析表明该方案可以实现高精度的宽谱光源平均波长测量.设计了基于FPGA的微弱信号检测电路实现±π/2 ±3π/2四态方波偏置调制单边解调加闭环反馈算法,验证了该测量方法的可行性.     

分层近似粒子滤波及其在陀螺寻北中的应用

针对粒子滤波的粒子退化和匮乏等问题,在粒子滤波和网格近似的基础上,提出了一种采用分层近似策略的粒子滤波改进算法.改进算法利用高斯分布对后验概率密度进行近似,并在连续分布的后验概率密度上进行分层近似,从而获得更具效率的粒子,提高了粒子滤波的精度.光纤陀螺的寻北精度主要取决于光纤陀螺自身的性能以及所采用的寻北方案,将采用分层近似策略的改进粒子滤波算法应用于光纤陀螺的寻北方案中,能够有效地解决光纤陀螺寻北中的非线性状态估计问题,提高光纤陀螺的寻北精度.     

微小型光纤陀螺组合分时复用技术

为了有效减小多轴光纤陀螺组合的功耗、体积和重量,实现光纤陀螺组合的微小型化,应用分时复用技术,提出了一种基于3×3耦合器,工作在850nm短波长的光纤陀螺分时复用组合结构。分析了陀螺输出数据处理方法,得到了分时复用光纤陀螺组合的相对极限零偏稳定性。建立了分时复用光纤陀螺切换模型,揭示了分时复用导致光纤陀螺轴向切换必然存在一个过渡过程,分析了过渡过程对陀螺组合静态、动态特性的影响。结果显示,光纤陀螺组合的相对零偏稳定性是传感方法的2.1倍,最大输入信号检测带宽为1.1kHz,标度因数的不对称性和非线性度均小于50×10^-6。最后,通过仿真进行了实验验证,结果表明,该技术可以用于中低精度微小型多轴光纤陀螺组合中。     

扭转抑制光纤陀螺法拉第效应的理论研究

光纤陀螺法拉第磁光效应作为非互易性误差源,是影响光纤陀螺性能,尤其是影响光纤陀螺精度的主要原因之一。介绍了光纤陀螺的磁敏感机理,分析了光纤陀螺径向和轴向磁敏感性误差的主要来源。提出了通过在光纤陀螺原有光纤环上熔接反向扭转光纤的方法,引入比较高的圆双折射,对原有光纤环的非互易相位差进行补偿,达到抑制光纤陀螺磁敏感性误差的目的,探讨了该方法的可行性,并对补偿特征进行了仿真分析。     

时间分辨荧光光纤生物传感器的研制及应用

首次研制了一种完全利用光纤实现光耦合及传输的时间分辨荧光光纤生物传感器.该传感器以镧系离子(铕离子)作为被检测物质的荧光标记物,根据铕离子的荧光特性,利用时间分辨检测技术进行生物医学检测.光学部分采用光纤耦合器和石英光纤作生物样品激发光的传导光学元件,生物样品受激发产生的荧光也同样由光纤耦合器及光纤收集和传导,实现了该传感器的紧凑性和小型化,提高了检测灵敏度.经性能测试,该仪器不稳定性小于2.3%,重复测量的互相关高达99.9%.测铕离子标准液的检测限为7.3×10^-10g/L,达到国外有关文献报道的水平.     

一种新型稳健样条轮廓滤波器

在表面计量学中,通常利用轮廓滤波器提取轮廓中线作为表面评定的基准线.由于传统轮廓滤波器极易受到划痕和深谷等奇异信号影响而产生失真甚至错误的中线,为了增强其稳健性并保证评定精度,国际标准中给出了两种替代滤波器,即稳健型样条滤波器和高斯回归滤波器.然而,这两种滤波器的构造原理和实现算法迥异,其滤波特性差异较大,从而导致对同一表面具有不同的评定结果.为解决这一问题,提出将M估计权函数与样条滤波器相结合构造了一种新型稳健样条滤波器.该滤波器不但具有更强的抗差能力,其计算效率也远高于国际标准推荐的稳健滤波器.更重要的是,大量实验表明,其滤波特性与高斯回归滤波器接近,该滤波器的应用有助于表面评定标准的传递和测量结果比对.     

应用多元性能退化量评估光纤陀螺贮存的可靠性

采用基于多元性能退化量的评估方法研究了光纤陀螺贮存可靠性。首先,采用协方差矩阵分析了量化多元性能退化量的相关性并利用联合概率密度函数表征产品失效概率密度,由此给出了基于多元性能退化量的产品可靠性评估的一般方法。接着,在对光纤陀螺进行特性分析的基础上选取零偏、零偏稳定性和标度因数作为性能退化参数,开展贮存试验并获取在一定贮存条件下的性能退化数据。最后,采用基于多元性能退化量的可靠性评估方法对光纤陀螺进行可靠性评估,得到了光纤陀螺贮存可靠性指标。贮存条件为60℃,考虑性能退化参数相关性时,光纤陀螺贮存寿命为32800h;假设性能退化参数间相互独立时,贮存寿命为13200h。结果表明,当产品具有多个性能退化参量时,基于多元性能退化量的评估方法得到的可靠性指标更加合理。     

光纤陀螺用光源恒流驱动电路设计

光纤陀螺(FOG)光源管芯的阻抗特性是非线性的,为了保证光波长及输出光功率的稳定,必须控制管芯注入电流保持恒定。经过对超辐射发光二极管(SLD)光源管芯的分析研讨,采用LM324为核心器件设计了相应的恒流驱动电路,并进行了分析测试。实验结果表明,在环境温度不断变化的情况下,该恒流驱动电路可满足中、低精度,低功耗光纤陀螺的性能要求,其中常温下输出平均电压为100.242 mA,相对误差为0.013 7%。