直接耦合技术在高精度光纤陀螺上的应用

在光纤陀螺光路结构中,Y波导与光纤环通过尾纤熔接形成闭合回路来敏感相对惯性空间的转动信息,而熔接点处引入的非互易相位差会制约高精度光纤陀螺检测精度,还会降低陀螺的环境适应性和长期可靠性.在某项目支持下,对Y波导与光纤环进行了直接耦合工艺处理,并将该模块应用到高精度光纤陀螺光路结构中.测试表明,在保证陀螺光路、电路、软件...     

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。     

Y波导集成光学器件的耦合技术

Y波导集成光学器件的插入损耗和偏振串音是其主要的性能参数之一。分析了Y波导集成光学器件的保偏光纤-波导耦合状态与插入损耗和偏振串音的关系,并采用耦合技术制作出性能参数优良的器件。     

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。     

光纤陀螺仪的光学器件偏振特性测试方法研究

介绍一种能够评价光纤陀螺中各种光学器件（保偏光纤、耦合器、去偏器和集成光学器件）的偏振特性的方法。试验装置用于评价保偏光纤的偏振特性，系统消光比高达55dB。测试3m长熊猫型保偏光纤，测得最大消光比24.6dB。     

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。     

双折射波导偏振耦合的短相干干涉测量

保偏光纤内部具有的高双折射,使其在内部传播的主模和耦合模之间存在一定的光程差。研究了高双折射波导中连续偏振耦合分布和分立点耦合的白光干涉测量法,推导出一种简明使用的公式,求出双折射波导的保偏参数,并且根据调制解调相关原理精确测量耦合点的强度和位置。实验测量了国产类矩形保偏光纤以及光纤偏振器。该方法最突出的优点是采用非破坏性方法测出保偏波导的每个局部的保偏参数,可用于检测集成波导器件和保偏光纤的质量、双折射波导之间的主轴对准、分布式光纤应变传感器等领域,并且可作为保偏光纤生产和使用的一种有效检测方法,大大提高集成波导器件及相关传感器的性能。     

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     

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。     

集成化光纤陀螺发展现状及趋势

无人机、机器人以及自动驾驶等领域对光纤陀螺尺寸、重量、成本综合性能提升有着迫切的需求,具有小体积、高性能、低成本等技术优势的集成化光纤陀螺成为目前的研究热点。文章梳理了美国、俄罗斯等在集成化光纤陀螺方面的最新研究成果和产品技术动态,从集成光学芯片设计加工、微小型高对称光纤环圈绕制、集成光学芯片与微小型光纤环圈直接耦合三个方面,阐述了集成化光纤陀螺面临的技术和工艺难题,分析了解决方案。最后,展望了集成化光纤陀螺的未来发展趋势和应用前景。     

铌酸锂光波导器件保偏尾纤对轴工艺研究

基于采用退火质子交换工艺制备的铌酸锂光波导器件的保偏尾纤具有高偏振消光比这一特性,提出了一种通过偏振消光比测试仪测定器件保偏尾纤的偏振轴并实现与保偏连接头定位键高精度对准的方法.工艺实验证明,采用该方法制作的保偏尾纤连接头偏振轴向对准精度优于0.8°,显著优于显微成像定轴方法制作的保偏尾纤接头.     

光纤陀螺用光纤环的应力分布实验研究

阐述了光纤陀螺中光纤环的的作用和绕制技术，介绍了布里渊光时域反射计(BOTDR)的工作原理和性能。利用一种BOTDR首次对不同情况下保偏光纤环的应力分布进行了测试和分析，揭示了光纤环中出现的工艺缺陷并进行了定位和分析。结果表明，利用BOTDR对光纤和光纤环进行应力分布测试，可有效的发现和控制这些缺陷的影响。     

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.     

光纤陀螺用单Y 1.3 μm LiNbO3集成光学器件

用退火质子交换法制作了用于光纤陀螺的集分束器、相位调制器、偏振器为一体的LiNbO3集成光学器件 ,介绍了器件设计考虑 ,简述了器件的工作原理 ,并对其性能进行了分析     

受激布里渊散射光纤陀螺中光偏振度的研究

考虑了光纤耦合的一次效应,从Ｊｏｎｅｓ矩阵理论出发,利用统计平均的方法推导出在受激布里渊散射光纤陀螺敏感环光纤熔接处进行了θ偏振主轴旋转的光纤敏感环中传输光的偏振度表达式,说明偏振度ｐ与θ及偏振光入射角θｐ的关系以及与光纤段之比ｎ的关系,得出当ｎ＝１,θ＝９０°时传输光在敏感环中具有最大偏振度,使传输光达到稳定的偏振特性。     

基于布里渊散射的保偏光纤环应力分布特性研究

保偏光纤环是光纤陀螺的核心部件,其性能受温度的影响较大,主要表现为热致互易相移,影响光纤陀螺的精度。针对该问题,提出采用应力分布法测量光纤环的温度非互易相移。通过对不同温度点的光纤环应力分布数据进行分析,建立光程对中数学模型,基于该模型对光纤环的尾纤进行适当调整,改进其光学对称性,降低由温度变化引起的非互易相移。通过陀螺整机实验表明:该方法能大幅提高光纤陀螺的精度,过程简单方便,对成品光纤环具有一定的修复作用,提高了成品率,实用性较好。     

基于热平衡机理的质子交换炉温控系统数学模型

铌酸锂波导集成光学芯片是高精度光纤陀螺系统的核心器件,其性能直接影响光纤陀螺系统的性能。而质子交换炉是用质子交换法制备铌酸锂光波导的主要设备,其炉温的控制质量直接影响铌酸锂光波导的质量。为了实现炉温的精确控制,以炉膛内空气的温度为控制对象,基于热平衡机理建立了质子交换炉温控模型,并在此模型基础上进行了稳定性分析,并利用MATLAB软件对温控模型进行PID控制仿真,结果表明,所建立出来的温控模型是稳定的,但系统采用PID控制时抗干扰能力差,这为进一步研究温度控制策略提供了依据。     

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.     

器件的非理想化对光纤陀螺精度的影响

为了提高开环光纤陀螺的测量精度,研究了干涉式开环光纤陀螺系统中元器件的非理想化对陀螺精度的影响.根据光纤陀螺系统的结构特点,给出了陀螺系统不同元器件的矩阵模型,导出了开环陀螺的输出表达式,重点分析了光源偏振度和输出光功率波动、耦合器分光比波动以及系统中光纤尾纤熔接点对轴误差造成的偏振误差.研究结果表明,在诸多影响因素中,光源波动对陀螺系统的影响最大,耦合器分光比波动次之,熔接点对轴误差的影响最小.