环形谐振腔光纤陀螺中减小偏振噪声的方法

本文介绍了偏振态的概念，分析了光纤环形谐振腔的谐振特性，并对环形谐振腔光纤陀螺中减小偏振噪声的几种方法进行了探讨。对抑制偏振噪声，进一步改善谐振腔光纤陀螺的性能，提高陀螺的检测精度有一定的指导作用     

一种能有效抑制偏振态波动噪声的环形腔光纤陀螺

介绍了环形腔光纤陀螺的基本原理及影响其零漂的各种噪声，报导了一种能有效抑制偏振态波动噪声的环形腔光纤陀螺。该陀螺的谐振腔环是由带有光诱导及又折射光栅的保偏光纤构成。通过分析计算，其最大零漂限制在10~(-7)rad／s（0.02deg／hr），理论上能满足空间惯性导航系统的要求。     

影响谐振式光纤陀螺精细度的因素分析

分析了偏振波动噪声和背散噪声对谐振式光纤陀螺精细度的影响。搭建了光纤环形谐振环测试系统,实验结果表明:通过使用偏振控制器和保偏光源抑制偏振波动噪声,能使光纤谐振环的特性参数精细度由64.67提高到101,谐振深度由0.503 3提高到0.712。并且测得光纤谐振腔中背向散射光与主信号强度之比为0.026 7%。研究结果可为谐振式光纤陀螺的小型化和高灵敏度提供理论参考。     

激光器线宽对光纤环形谐振腔谐振特性的影响

采用光波场叠加的方法计算了谐振腔光纤陀螺的核心敏感部件———光纤环形谐振腔 (FRR)的传递系数 ,详细分析了激光器光谱线宽对光纤环形谐振腔谐振特性的影响 ,并进一步分析了在一定激光器光谱线宽条件下 ,由光探测器散弹噪声所限制的谐振腔光纤陀螺极限灵敏度和光纤环形谐振腔光路参数之间的关系 ,从而为谐振腔光纤陀螺的优化设计提供了理论基础     

谐振式光纤陀螺环形谐振腔的偏振问题

谐振式光纤陀螺(R-FOG)中,偏振波动引起的检测信号漂移对陀螺系统的检测精度有重要影响.通过矩阵法,分析系统中光纤耦合器不同偏振本征态(ESOPs)的耦合系数差异,与所引起的系统零偏的关系,得剑其与两个偏振本征态耦合系数以及光纤环形谐振腔参数间的解析表达式.利用该解析表达式,求解系统零偏为极值时,耦合器不同偏振本征态的最佳耦合系数;该最佳耦合系数仅与光纤环形谐振腔的损耗参数有关.通过Matlab软件进行数值拟合,得到不同偏振本征态耦合系数与系统零偏之间的关系曲线.从理论上建立耦合器耦合系数偏振相关引起的噪声模型.利用该理论模型,对已报道的R-FOG开环实验系统中偏振波动引起的系统零偏进行了估算.     

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。     

谐振腔光纤陀螺信号检测方法的研究

谐振腔光纤陀螺(R—FOG)是利用光学Sagnac效应实现对转动检测的一种高精度的惯性传感器件。在谐振腔光纤陀螺系统中，信号检测系统占有非常重要的地位，其检测精度的大小直接影响陀螺的分辨率。光纤环形谐振腔是谐振腔光纤陀螺的核心敏感部件。采用两种频率的锯齿波组合调制，考虑激光器有限光谱线宽条件下，采用洛仑兹线型描写光纤环形谐振腔的输出光强表达式。针对输出光强与谐振频率偏差在靠近谐振点附近的近似线性关系，利用多次反馈频率操作来依次跟踪谐振腔光纤陀螺顺时针和逆时针光束的谐振点，从而避免了谐振频率偏差复杂的求根算法。仿真结果表明，多次反馈频率操作，可以较快地锁定到谐振点。     

基于光纤环形镜的光纤激光器的优化设计

对基于光纤环形镜和光纤光栅的线形腔光纤激光器进行了优化设计.以光纤光栅作为激光器的输出端镜,分别将光纤环形镜和非线性放大环形镜与其构成激光器的谐振腔;在光纤光栅与光纤环形镜构成的谐振腔中引入偏振控制器,并以加入偏振控制器的环形镜作为激光输出端镜,对上述三种实验装置的激光输出特性进行了分析比较.     

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。     

谐振型光纤陀螺的灵敏度分析

谐振型光纤陀螺(RFOG)因具有敏感光纤短和体积小等优点而备受关注。分析了激光线宽、光纤环形谐振腔(FRR)及检测技术对RFOG灵敏度的影响。依据RFOG信号检测方法,推导了受光电检测器灵敏度限制的RFOG灵敏度公式,并给出了考虑激光线宽和腔内偏振轴90°旋转的RFOG灵敏度修正公式。基于多光束干涉原理,分析了数字调相电压的误差和噪声对灵敏度的影响。仿真结果表明,为获得高灵敏度,针对不同的激光线宽应选取不同的FRR腔长,偏振轴90°旋转熔接的两边长度差应为保偏光纤半拍长的奇数倍,数字调相电压的噪声方均根值应小于0.22V。该工作为高精度RFOG的设计提供了理论指导。     

退偏光纤陀螺刻度因数研究

首次在理论与实验两方面研究了闭环退偏干涉型光纤陀螺刻度因数的非线性误差,闭环锯齿波相位调制器对两个偏振光分量的不同调制深度是其非线性误差的原因之一。提出了降低闭环退偏干涉型光纤陀螺刻度因数非线性误差的方法。     

Reduced phase error of a fiber optic gyroscope using a polarization maintaining photonic crystal fiber

We report the first measurement of the polarization crosscoupling of a 900-m length of quadrupolar-wound sensing coil for the fiber optic gyroscope (FOG) using polarization maintaining photonic crystal fibers (PM-PCFs). The crosscoupling is analyzed with the Optical Coherence Domain Polarimeter (OCDP). Also the polarization extinction ratio (PER) of the PM-PCF coil is measured. For comparison, a standard panda fiber coil with nearly the same length is examined. The results show that PER of the PM-PCF coil is ～10 dB larger than the panda fiber coil, and polarization crosscoupling in the PM-PCF coil is ～10 dB less than in the panda fiber coil. Moreover, based on measurements, a 4-fold reduction in phase error is demonstrated numerically in a FOG made of the PM-PCF coil, compared to the same gyro operated with a similar coil of panda fiber. These findings have important benefits in a higher measurement precision and stability of FOG.     

SBS—FOG中受激布里渊散射光偏振特性的理论分析

本文考虑了双折射效应对保偏光纤两个偏振主轴方向上受激布里渊散射（SBS）光增益的影响,利用Jones矩阵理论分析了受激布里渊散射光纤陀螺（SBS－FOG）敏感环中在保偏光纤熔接点进行角的偏振主轴旋转后受激布里渊散射光的偏振特性,得出当θ=90度时,在敏感环中的受激布里渊散射光不仅具有最大偏振度,而且还使其中的两个本征偏振态（ESOP）达到稳定的结论。θ     

受激布里渊散射光纤陀螺中光纤光源的阈值光功率研究

从非线性受激布里渊散射产生机理出发 ,研究了受激布里渊散射光纤陀螺 (SBS- FOG)中光纤光源的阈值光功率与光源谱宽及保偏光纤敏感环参数之间的函数关系 ,为进一步研究这种光纤光源的构造以及建立受激布里渊散射光纤陀螺系统打下了理论基础。     

柱面非均匀弱磁场对光纤陀螺磁敏感性的影响

以光纤陀螺(FOG)某电路板为例,扫描分析了其磁场分布规律,并利用矩阵光学和光传输理论,建立了柱面非均匀磁场中Faraday非互易相位差理论模型,进而仿真分析了实际电路板的辐射磁场对光纤陀螺的影响.分析结果表明:1)柱面非均匀磁场与光纤环距离越小,FOG磁敏感相位误差越大;2)柱面非均匀磁场对FOG所产生的磁敏感误差与角度之间呈倾斜正弦曲线,且倾斜度随磁场与光纤环间距减小而加剧;3)当R＜5r(磁场源位于光纤环外部,r为光纤环半径,R为磁场源与光纤环左侧边缘的距离)或R＜0.5r(磁场源位于光纤环内部)时,非均匀磁场均大于同量级均匀磁场对FOG的影响;4)非均匀场的存在影响FOG偏离固有磁轴方向;5)对于距离FOG较近的一些辐射强度非常小的普通电路板,也会导致FOG输出的不稳定和方向相关性.上述结果对于理解和分析实际磁场对FOG的影响,具有实际指导意义.     

采用分布式偏振串扰检测保偏光纤环质量的研究

提出将偏振串扰分析仪用于光纤陀螺(FOG)保偏光纤(PMF)环绕制在线检测、原料PMF质量检测、成品PMF环总体检测和热应力检测。通过对原料光纤检测,可以有效减少原料光纤固有缺陷对光纤环的影响。通过PMF环绕制在线检测,可以有效检测出光纤环在绕制中的缺陷、监控绕制张力、定位绕制光纤位置和改进绕制工艺等。通过光纤环热应力检测,可以了解骨架、光纤固化胶由于热应力作用对光纤环性能的影响。研究表明,分布式偏振串扰测量是大幅提高PMF环质量的一个有效手段。     

光源光谱对光纤陀螺偏振误差的影响

以采用Y波导集成光学调制器的保偏型干涉式光纤陀螺(IFOG)为研究对象,根据各光学元器件的参数,建立了各器件的琼斯矩阵以及光路传输模型,通过推导得到了保偏型IFOG的偏振误差表达式。在此基础上,首次借助宽谱光源的光谱,仿真计算了不同形状的光源光谱对偏振模式耦合误差的影响。通过计算得出,当光路中其他参数不变时,对于形状相似的光谱,在光纤陀螺中带来的偏振误差相差约10-5 (°)/h;而形状相差较大的光谱带来的误差值相差较大,约10-2 (°)/h;在谱宽相差不大的情况下,光谱的平均波长在长波长处、近高斯形状的光源在陀螺系统中产生的偏振误差比平坦光谱小。这一结论对IFOG的光源选择有一定的指导意义。     

光纤陀螺寻北仪多位置寻北误差分析

在建立光纤陀螺（FOG）寻北仪误差模型和FOG误差模型的基础上，从理论上分析了FOG和加速度计的零偏、FOG零漂、地速和地磁场随方位的变化等对FOG、FOG寻北仪的影响以及FOG寻北仪产生多位置寻北误差的原因，并提出了减小多位置寻北误差的方法。最后，在FOG寻北仪中进行了实验，实验证明了理论分析的正确性和所采用的方法的有效性。     

光纤陀螺在直流及交变磁场中的磁敏感性研究

介绍了光纤陀螺的磁敏感性机理并进行了实验研究。利用亥姆霍兹线圈装置和光纤陀螺测试平台,研究了光纤陀螺在直流磁场中的磁敏感性,得到光纤陀螺数据输出与磁感应强度基本呈线性关系,以及轴向磁场和径向磁场影响系数的大小和光纤陀螺磁敏感轴的方向。主要针对50Hz的交流磁场研究交流磁场对光纤陀螺零偏和零漂的影响及其交流磁敏感性,得到交流磁场对零偏的影响可以忽略,但磁感应强度与陀螺零漂值的大小基本呈线性关系。研究了不同频率交流磁场对光纤陀螺输出的影响,说明了光纤陀螺数据输出主要与瞬态的磁感应强度成正比,不同频率交流磁场对光纤陀螺零漂值的影响不同,存在一个频率(或频率范围)对光纤陀螺零漂的影响较大,其频率范围与光纤陀螺输出带宽有关。