谐振式光纤陀螺的系统分析

采用矩阵法从理论上推导了偏振误差所引起的陀螺零漂,利用计算机仿真进行了理论验证;其次针对谐振式光纤陀螺系统光源的选择进行分析,并通过实验验证光源线宽对光纤环谐振曲线的影响;最后,分析了光纤陀螺的检测方案以及光纤陀螺的发展趋势.从噪声因素、器件选择以及信号检测几方面对谐振式光纤陀螺系统进行分析,为谐振式光纤陀螺系统的构建提供了理论及实验基础.     

谐振光纤陀螺信号检测的新方法设计和验证

主要对谐振式光纤陀螺单侧信号检测方法开展了研究,探讨了热致偏振噪声对于谐振曲线产生的影响,并设计了一种信号检测方法。针对该检测方法与传统检测方法的应用效果进行对比分析,研究结果显示,新方法会抑制偏振噪声对于陀螺精度的影响。根据仿真结果可知,在温度改变0.003℃的情况下,得到的归一化幅值误差显著减小,由原先的0.230 8变为0.029 8,继而验证了设计单侧检测方法的有效性,该方法有效抑制了偏振波动噪声对于检测精度的不利影响,提高了检测结果的准确性。     

环形腔光纤陀螺中减小偏振噪声的方法研究

介绍了偏振态的概念，分析了光纤环形谐振腔的谐振特性，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研究，这对抑制偏振噪声，进一步改善环形腔光纤陀螺的性能，提高陀螺的检测精度有一定的指导作用。     

谐振式硅基集成光学陀螺的偏振噪声建模与分析

偏振噪声是谐振式集成光学陀螺的主要光学噪声源,其存在大大降低了系统的精度,为了定量化研究谐振式集成光学陀螺偏振噪声的产生机理,利用琼斯矩阵和光束传播法建立了谐振式硅基集成光学陀螺偏振噪声模型,该模型综合考虑了波导传输介质中的光偏振态交叉耦合、应力双折射等的影响,有效地逼近了实际的物理系统。基于上述模型得出了谐振腔内二氧化硅波导本征偏振态交扰与陀螺极限输出之间的表达式。对波导谐振腔内与偏振相关的3个因素:输入光偏振态、温度波动和波导保偏性能进行了仿真分析。并通过在输入端插入高偏振度起偏器的实验装置,有效验证了所建偏振理论模型受输入光偏振态波动影响的正确性。     

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     

光纤环形谐振腔输入功率波动对谐振式光纤陀螺的影响

谐振式光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的高精度惯性传感器。作为一种互异性噪声,光纤谐振腔输入功率的波动会造成陀螺的检测误差。首先,分析了光纤谐振腔输入功率波动产生噪声的机理。通过对不同输入功率下的谐振腔传输特性和陀螺解调输出的理论及实验分析得到了谐振腔输入功率波动引起的检测误差的表达式。当输入角速度为500（）/s、输入功率为0.69 mW时,0.007 5 mW的功率波动会引起5.26（）/s的检测误差。其次,研究了谐振腔输入功率波动对陀螺标度因数的影响。通过计算发现随着输入功率波动的增大,解调曲线的线性区将会发生扭曲,同时陀螺的标度因数非线性度会恶化,为谐振式光纤陀螺中输入功率波动噪声的估测提供了参考。     

平面氧化硅光波导环形谐振腔的温度特性北大核心

温度变化会在氧化硅光波导谐振腔中引起极化误差,该极化误差所引起的偏振波动噪声是限制谐振式集成光学陀螺长期稳定性的主要因素。通过对反射式和透射式两种结构的谐振腔分别进行主动温控实验,成功测得了谐振腔的温度特性,并对其进行了详细分析。由实验分析结果可知：随着光波导谐振腔的温度变化,两种结构的谐振腔谐振曲线的峰值都呈周期性变化,谐振腔的主次偏振态之间的相位差在0～27c内波动,且主次偏振态之间的相位差为兀时,次偏振态对主偏振态的影响最小。由进一步的分析可知,透射式谐振腔中次主偏振态的强度比例越小,相应地由温度波动引起的谐振频率偏差越小。相比于反射式谐振腔,透射式谐振腔在抑制陀螺的偏振波动噪声方面具有更好的优势。     

激光器偏振特性对谐振式光纤陀螺性能的影响

激光器是谐振式光纤陀螺(RFOG)的重要组成部分,其光学噪声严重地限制了RFOG的输出精度。通过建立激光器偏振特性的数学模型,分析了激光器的偏振消光比、对轴误差和偏振本征态相位差对RFOG性能的影响,并通过实验验证了模型的正确性。此外,提出一种基于强度调制基频解调信号的方案,以补偿RFOG中非理想偏振态的振幅波动。实验表明,利用该方案可将非理想偏振态下振幅波动引起的陀螺输出波动减小12dB以上。     

谐振式光学陀螺中的偏振波动及其影响

谐振式光学陀螺（ROG）是基于光学Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器。根据矩阵法,得到ROG中偏振波动引起的系统零漂的解析表达式。利用该解析表达式,估算达到谐振式集成微光学陀螺系统中等精度要求所需的偏振匹配参数。通过实验,验证偏振控制器对抑制偏振噪声的效果。     

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。     

扭转椭圆双折射光纤环形腔输出特性

对扭转椭圆双折射光纤环形腔的带阻输出特性进行了分析和计算。结果表明，任意椭圆偏振态输入，光纤的双折射和扭转使光纤环形腔带阻输出特性中的谐振峰分裂为两组，对应于光纤的两个本征偏振态。谐振频率发生偏移，偏移量取决于光纤的双折射参数和扭转速率，两组谐振峰的相对幅度取决于光纤的双折射参数、扭转速率和输入偏振态。若输入偏振态为双折射光纤本征偏振态之一，就仅出现一组谐振峰。光纤的双折射和扭转对环形腔的精细度没有影响。     

Analysis of fiber Brillouin ring laser composed ofsingle-polarization single-mode fiber

A fiber Brillouin ring laser made of SPSM fiber is analyzed. The eigenstate of polarization (ESOP) is strictly considered both for the pump and the Stokes light. It is clarified that the laser intensity fluctuation caused by the interaction between two kinds of ESOP is highly suppressed in this structure. The numerical computations using the typical values show that the fluctuation within 7.5% can be realized for the output Stokes light. While this ring-resonator does not offer high-grade performance when applied to the passive resonator fiber optic gyro, it could realize the high-grade performance when applied to the Brillouin fiber optic gyro     

调制电压幅值及噪声对谐振式光纤陀螺零偏稳定性的影响研究

谐振环路背向散射噪声是谐振式光纤陀螺(resonator fiber optic gyroscope, RFOG)系统中的主要光学噪声之一。本文基于谐振环中背向散射噪声对陀螺输出误差影响的理论分析,对比不同调制波形和载波抑制路数的影响,得到最佳方案为三角波双路调制。基于该方案,建立陀螺零偏及零偏稳定性(bias stability, BS)误差与调制电压幅值及噪声关系的理论模型,结合直径0.1 m,光纤总长10 m,精细度24的陀螺参数,得到背向散射噪声导致的陀螺BS对调制电压变化范围与噪声幅值量化指标的需求,为特定精度的陀螺设计奠定误差分配和控制参数设计基础。     

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。     

一种基于光纤AOTF的扫频光源

扫频光源是扫频光学相干层析（SSOCT）的关键器件。高质量的扫频光源可以提高系统的成像速度、分辨率和信噪比。该文采用光纤声光可调滤光器（FAOTF）、保偏半导体光放大器（PMBOA）、光纤隔离器和光纤耦合器搭建了环形腔结构的扫频光源,实验得到一种全光纤扫频光源,其扫频速率为100 kHz,扫频范围为119 nm(1 550.146 2~1 619.470 0 nm),单光谱3 dB带宽可达0.096 6 nm,平均输出功率12 mW。该扫频光源具有扫频范围广、速度快、相干性好等优点,在SSOCT系统中具有一定的实用价值。     

考虑耦合器附加相移光纤环形腔精细度计算

从理论上导出了考虑耦合损耗引起的附加相移后光纤环形腔的带阻输出特性。分析表明 ,附加相移对环形腔谐振频率的影响可以忽略 ,对腔内光强的其它频率特性没有影响。但使输出特性中的谐振峰出现不对称 ,计算结果证明谐振峰半功率全宽较之不考虑损耗引起的附加相移时增大 ,精细度由此而有所下降 ,附加相移越大 ,精细度下降越多。     

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     

基于固定频率激光器的低成本闭环谐振陀螺系统仿真

提出了一种使用固定频率窄线宽激光器作为干涉光源的闭环谐振式光纤陀螺系统.该系统利用相位调制器对干涉光进行移频控制,完成对谐振腔逆时针方向谐振频率的跟踪和锁定.建立了陀螺系统Simulink模型并仿真研究了不同速率点下的陀螺输出特性,结果表明,±200(°)/s速率范围内逆时针谐振频率锁定时间小于15 ms,陀螺标度因数非线性为2.41×10-4.与采用传统频率可调谐窄线宽激光器的闭环谐振式光纤陀螺系统相比,两者锁频时间和标度因数非线性基本一致.该研究为低成本闭环谐振式光纤陀螺系统的实现提供了理论和数据支撑.     

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。