谐振式光子带隙光纤陀螺一体化方案

实现了使用光子带隙光纤的一体化谐振式光纤陀螺方案,设计并制作了谐振腔中基于微光学结构的耦合器。实验测得制作的谐振腔清晰度为3.7。搭建了基于该谐振腔的陀螺系统,并对其主、次偏振态的谐振曲线进行了实际测量。实验结果测得该系统60 s零漂为2.45 ()/s,及1 h长期稳定性为7.11 ()/s。同时,实现了对应陀螺输出50 ()/s（积分时间10 s）及100 ()/s（积分时间10 s）的模拟转速实验,验证了该陀螺系统的Sagnac效应。分析得到耦合损耗是影响该陀螺系统性能的主要因素。验证了该谐振腔结构具有应用于陀螺系统的可行性,为谐振式光纤陀螺性能进一步提高提供了参考。     

谐振式光子带隙光纤陀螺一体化方案（英文）

实现了使用光子带隙光纤的一体化谐振式光纤陀螺方案,设计并制作了谐振腔中基于微光学结构的耦合器。实验测得制作的谐振腔清晰度为3.7。搭建了基于该谐振腔的陀螺系统,并对其主、次偏振态的谐振曲线进行了实际测量。实验结果测得该系统60s零漂为2.45(°)/s,及1h长期稳定性为7.11(°)/s。同时,实现了对应陀螺输出±50(°)/s(积分时间10s)及±100(°)/s(积分时间10s)的模拟转速实验,验证了该陀螺系统的Sagnac效应。分析得到耦合损耗是影响该陀螺系统性能的主要因素。验证了该谐振腔结构具有应用于陀螺系统的可行性,为谐振式光纤陀螺性能进一步提高提供了参考。     

空芯光子晶体光纤谐振腔的设计与优化

光纤环形谐振腔作为谐振式陀螺的关键部件,其对频率的敏感程度决定了陀螺的性能.空芯光子晶体光纤作为一种新型光纤可以有效地抑制谐振式陀螺中的各种光学噪声,具有广阔的应用前景.采用光叠加法对空芯光子晶体光纤谐振腔各参数对谐振腔的Q值、陀螺灵敏度的影响进行了仿真.通过计算分析表明,当耦合器插入损耗为0.04,激光器线宽为60 kHz,光纤长度为10m时,存在一个最佳耦合系数0.123,使得陀螺灵敏度最小值为0.572 5°/h.     

谐振式光纤陀螺多激光器系统相对频率噪声抑制

设计了用于谐振式光纤陀螺系统中两个半导体激光器相对频率噪声抑制的全光纤光路外差式光学锁相环,建立并分析了陀螺精度需求和外差式光学锁相环关键参数的关系,同时对外差式光学锁相环全数字反馈控制环路进行了设计和仿真.通过实验对设计的系统进行性能验证.结果表明两个主从激光器的中心频率实现了参考频率源频率的锁定,且拍频激光中心频率相对于光纤环形谐振腔谐振频率偏离幅值减小了15dB.     

空芯光子带隙光纤成栅机理及特性研究EI北大核心CSCD

利用有限元法和局域耦合模理论对空芯光子带隙光纤成栅机理进行了分析。建立了空芯光子带隙光纤包层空气孔塌缩模型,分析计算了纤芯基模(LP01)和一阶包层模(LP11)在塌缩区域内有效折射率分布和耦合系数分布,得到了LP01和LP11耦合的传输谱。在此基础上研究了光纤结构参数(空气孔直径和孔间距)、光栅参数(光栅周期和周期个数)、塌缩程度和塌缩方式对谐振波长的影响。研究结果表明,随着空气孔直径的增大、孔间距的减小、光栅周期的增大和塌缩程度的减小,其谐振波长向短波方向发生漂移;随着周期个数的增大,其谐振波长未发生明显漂移;此外,与圆对称塌缩相比,非对称塌缩谐振波长向短波方向移动。     

谐振腔光纤陀螺光纤谐振环特性研究

对有限光源线宽情况下反射式光纤谐振环的响应特性进行了研究,得到了光纤谐振环各谐振特性参量的表示式.分析了特性参量与光源线宽和耦合器特性的关系,结合对方波调制谐振腔光纤陀螺极限灵敏度的分析,给出了设计高灵敏度谐振腔光纤陀螺光纤谐振环的要求和原则.进行了谐振腔光纤陀螺用光纤谐振环的实验研究,制作了适用于谐振腔光纤陀螺的高精细度和高谐振深度光纤谐振环.     

空芯光子晶体光纤光子带隙的测量与数值模拟

用全矢量平面波法计算三角结构光子晶体光纤的带隙. 用透射法测量了自制的空芯光子晶体光纤的透射谱,得到了它在可见光波段透射强度与波长的关系,并在随后的实验中观测到了传光的模场图.通过理论模拟了实验所用的空芯光子晶体光纤的带隙图,与实验结果具有较好的一致性. 关键词： 空芯光子晶体光纤 光子带隙 全矢量平面波法 透射     

硅基微光学谐振式陀螺瑞利背向散射噪声分析

阐述了硅基微光学陀螺(MORG)结构中瑞利背向散射噪声的产生机理,并创建了硅基微光学陀螺光路的静态与动态理论模型,公式化地描述了硅基二氧化硅谐振腔中的该噪声特性,并通过软件算法仿真综合分析了硅基微光学谐振式陀螺中瑞利背向散射噪声与主信号强度之间的关系,以及其与反向光信号的干涉信号对主信号的影响.分析了瑞利背向散射噪声信号对谐振腔性能的影响,定量分析了此噪声对谐振腔清晰度、陀螺极限灵敏度的影响.提出了抑制系统中该噪声的方案,并搭建实验装置,利用提出的解决方案对系统进行了优化,实验验证了理论分析的结果.     

构成环形谐振腔的光子晶体微镜设计

研究了光子晶体作为陀螺谐振腔空间微镜的应用,基于平面波展开法计算了光子晶体能带结构和带隙分布图,利用时域有限差分方法对三角晶格介质柱结构微反射镜的传输特性进行了研究,讨论介质柱半径和晶格周期对反射率的影响,并给出优化结果和参量.对输入输出镜进行了初步探索设计,初步给出优化结构.基于介质柱光子晶体微镜的环形谐振腔不仅能实现单片集成还能实现光在空气中传输来大幅度减小克尔和法拉第效应,以及背向散射等影响,这对于研究高准确度谐振陀螺提供了新思路.     

光子晶体光纤陀螺的谐振腔设计

提出了一种新颖的基于光子晶体光纤和空间光学元件的光学谐振腔结构,利用MATLAB软件进行了谐振腔谐振特性的计算与分析,并在此基础上完成了谐振腔设计.设计的分析结果表明,当谐振腔输入镜M1和输出镜M2的反射率等于0.99时,谐振清晰度可以达到43.5,谐振腔谐振深度可以达到0.998 7,陀螺极限灵敏度可以达到0.5°/h.     

A Differentiating Fiber-optic Ring Interferometer

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＦｉｂｅｒｏｐｔｉｃｒｉｎｇｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ（ＦＯＲＲ）ｈａｖｅｂｅｅｎｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｆｏｒａｎｕｍｂｅｒｏｆｙｅａｒｓｆｏｒｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｄｅｌａｙｅｌｅｍｅｎｔｓ［１］，ｓｅｎｓｏｒａｐｐｌｉｃａ...     

光纤环形谐振腔的频率锁定及其特性

基于可调分束比的光纤分束器,制作了光纤环形谐振腔并通过调节分束比实现了对光纤环形谐振腔的欠耦合、临界耦合和过耦合的状态控制.实验测量了腔最小反射率与腔损耗之间的关系,获得光纤环形谐振腔的腔内衰减率为κ_0=2π×(1.60±0.03) MHz ,品质因子为Q=(1.10±0.02)×10.8.在此基础上,结合了压电陶瓷拉伸光纤以控制腔长和Pound-Drever-Hall锁频两大技术优势,克服了之前温度反馈控制等方法的反馈带宽窄、噪声大和稳定性差等问题,实现了对光纤环形谐振腔共振频率的快速、灵敏的控制和锁定.结果表明,锁频过程中相位调制功率与相位调制引起腔反射光的强度调制之间的关系为线性关系,进而通过降低相位调制信号的功率以减小相位调制对腔反射光强度调制的影响.当调制功率设定最低为–9 dBm时,光纤环形谐振腔仍能被稳定锁定.该光纤环形谐振腔为其与原子、金刚石色心等发光粒子相互作用的腔量子电动力学实验研究奠定了坚实的基础.     

Performance comparison of slow‐light coupled‐resonator optical gyroscopes

We investigate the connection between group velocity and rotation sensitivity in a number of resonant gyroscope designs. Two key comparisons are made. First, we compare two conventional sensors, namely a resonant fiber optic gyroscope (RFOG) and an interferometric fiber optic gyroscope (FOG). Second, we compare the RFOG to several recently proposed coupled‐resonator optical waveguide (CROW) gyroscopes. We show that the relationship between loss and maximum rotation sensitivity is the same for both conventional and CROW gyroscopes. Thus, coupling multiple resonators together cannot enhance rotation sensitivity. While CROW gyroscopes offer the potential for large group indices, this increase of group index does not provide a corresponding increase in the maximum sensitivity to rotation. For a given footprint and a given total loss, the highest sensitivity is shown to be achieved either in a conventional RFOG utilizing a single resonator, or a conventional FOG.     

基于对称结构的光纤谐振环辅助马赫曾德尔干涉仪型梳状滤波器的研究

为了改善常规马赫曾德尔干涉仪(MZI)型滤波器的输出特性, 提出了一种由双耦合器和单模光纤构成的“8”字形谐振环,将该光纤谐振环与一个3 dB光纤方向耦合器相结合,利用光纤谐振环反馈回路引入的相位调节效应,选择合适的谐振环耦合角,设计出一种基于对称结构的光纤谐振环梳状滤波器,具有平坦滤波响应的输出光谱。与普通MZI型梳状滤波器和双级级联MZI型梳状滤波器相比,阻带抑制和过渡带滚降特性明显加强;与不对称结构的光纤谐振环辅助MZI型梳状滤波器相比,在考虑传输损耗的情况下,相干涉的两束光信号不存在幅度差异,降低了传输损耗对梳状滤波器消光特性的影响。     

Dynamic characteristics of R-FOG based on the triangle wave phase modulation technique

A resonator fiber optic gyro (R-FOG) is a high accuracy inertial rotation sensor based on the Sagnac effect. Fiber ring resonator (FRR) is the core-sensing element in the R-FOG. Till now, the dynamic response of the FRR is studied, and it is found that the frequency of the resonance dip is shifted away from the resonance frequency when sweeping the laser frequency, and thus must affect the performance of the R-FOG. Therefore, dynamic characteristics analysis of the R-FOG, which usually works in the dynamic state, is in urgent need. This paper presents the expression for the dynamic demodulation curve of the R-FOG based on the triangle wave phase modulation technique. Through analysis and simulation, it is concluded that the frequency zero-deviation will be induced when the R-FOG is in dynamic state, and the gyro error caused by the frequency zero-deviation will increase as the product of the operating range and the bandwidth of the R-FOG.     

保持法拉第效应的光纤环行腔结构

对两种扭转光纤环行控结构进行了分析，表明这两种结构能有效地保持法拉第效应，可用于电流传感和光纤陀螺。另外这两种地环境温度有较强的抑止作用，有较大的实用价值。     

Full investigation of the backscattering in resonator fiber optic gyro

Resonator Fiber optic gyro (RFOG) is a high accuracy inertial rotation sensor based on the Sagnac effect. The optical fiber ring resonator (OFRR) is the key rotation sensing element. The backscattering characteristics of the OFRR are fully investigated. The Rayleigh backscattering dominates the backscattering spectrum with the input power below the threshold. High carrier suppression is crucial to reduce this Rayleigh backscattering error. Being different from the intrinsic Rayleigh scattering of the fiber, the stimulated Brillouin scattering (SBS) in the OFRR should be avoided. This is because the finesse and the resonance notch depth of the OFRR decrease for the pump depletion through the SBS process. The shot noise limited sensitivity (SLS) of the RFOG is improved by increasing the input power. Through analysis, it is found that the threshold input power is improved after phase modulation. The SLS of the RFOG is analyzed at different modulation parameters and its relevant SBS threshold. Accordingly, the optimized modulation frequency and the corresponding maximum input power are all obtained. A simple method of testing the frequency shift in the SBS is also proposed. In this method, the central frequency of the laser source is locked to the resonance frequency of the OFRR in one direction. A steady SBS light is observed and its frequency shift is measured together.     

聚合物集成光学陀螺最佳耦合系数的研究

无源环形谐振腔(Passive ring resonator,PRR)是谐振式光学陀螺(Resonator optic gyros,ROG)的核心敏感器件,其光学传递函数的半峰全宽是决定陀螺标度因子的重要因素之一。根据多光束干涉理论,耦合系数将通过对反射式无源环形谐振腔的半峰全宽的作用而影响陀螺的标度因子。根据耦合模理论和调频检测原理,以标度因子最优为判据,推导了一般情形下耦合系数对标度因子的影响,论证了最佳耦合系数的存在与确定方法,并进行了仿真验证。结果表明,光纤陀螺中5%左右的最佳耦合系数取值不具有普遍意义,为较高波导传输损耗的聚合物集成光学陀螺结构优化提供一种新的思路。