保偏光纤陀螺横向磁场误差的温度依赖性

针对无骨架光纤环的保偏光纤陀螺中横向磁场误差的温度依赖性研究发现,保偏光纤线双折射以及Verdet常数固有的温度依赖性可以导致横向磁场误差随着温度变化而变化。利用琼斯矩阵方法推导了保偏光纤陀螺横向磁场误差与温度的关系,并进行了实验验证。实验结果表明,对于长度为1km,半径为6cm,光纤线双折射为2027rad·m-1,最大扭转率为0.382rad·m-1的无骨架光纤环,在1mT横向磁场以及-40~60℃温度场作用下,光纤陀螺的横向磁场误差由26.51(°)·h-1增加到30.43(°)·h-1。     

高精度光纤陀螺零位误差的磁温特性研究

介绍了高精度光纤陀螺零位误差的形成原理，并就温度和磁场对高精度光纤陀螺零位误差的影响进行了详细的理论分析。仿真结果表明:由于温度引起的零偏峰值漂移为0.06°/h。最后，对交变温度场和径向静磁场交联作用下的情况建立了理论模型并进行了实验研究，实验结果表明:在径向磁场和不同温度作用下，光纤陀螺由于交联耦合效应产生的径向磁场灵敏度变化，即交联耦合度<1%，这和理论模型具有较高的一致性。     

基于全光纤萨格纳克干涉仪的温度不敏感磁场测量

研究了双折射磁光光纤萨格纳克 (Sagnac) 干涉仪透射谱的磁场和温度敏感性. 实验表明, 干涉仪透射谱会随着温度的增加向短波长移动 (温度系数为-0.435 nm/℃), 其波长依赖性则随着磁场的增加而降低. 据此, 通过调节干涉仪内偏振控制器状态实现了温度不敏感的磁场测量, 磁场系数为189 mW/T², 实验结果与理论分析一致. 关键词： 磁场测量 磁光效应 双折射 萨格纳克干涉仪     

一种微型光纤陀螺环境适应能力的提升设计

双折射效应、Shupe效应等与温度相关的效应和部分结构较脆弱的光学器件等因素,使某微型光纤陀螺不能在宽温度范围和高冲击环境条件下正常工作。通过有限元热仿真分析和隔冲理论计算进行结构优化设计保证某微型光纤陀螺在-45~65℃的温度范围和3 000g的半正弦冲击下正常工作。实验证明该优化设计方案在确保光纤陀螺测量精度指标的同时,大幅提高了该型号光纤陀螺的环境适应能力。     

非线性光纤萨尼亚克结构的磁控特性

推导了磁光非线性光纤萨尼亚克结构的传输矩阵,可用于分析光纤的双折射、磁光效应和非线性相移,偏振控制器状态以及整个光纤环总损耗对萨尼亚克透射率的影响。实验研究了萨尼亚克结构磁光调制和非线性光控光开关功能。在0.0177T磁场作用下,磁光调制度可达17.05dB,理论分析与实验数据吻合。当时钟抽运控制信号的峰值功率为28.2dBm时,光控光开关消光比可达25.8dB,进一步施加磁场可使开关消光比提升0.7dB。光控光萨尼亚克结构的磁场响应在一定程度上可以借助偏振控制状态进行等效分析。     

基于二阶Loyt-Sagnac干涉仪的灵敏度增强温度传感器

通过在基于高双折射光纤Sagnac干涉仪的Sagnac环内增加一段高双折射光纤并控制两段高双折射光纤的熔接角度,设计制作了二阶Loyt-Sagnac干涉仪结构.利用Jones矩阵对反射谱特性进行了理论推导,对光束入射角度和高双折射光纤长度进行了优化,并对两种结构的干涉仪温度传感器进行仿真和实验.仿真结果表明,利用二阶Loyt-Sagnac干涉仪结构的游标效应,能提高其作为温度传感器时的灵敏度;实验结果证明,单段Sagnac环干涉仪温度传感器灵敏度为-1.46nm/℃,而使用二阶Loyt-Sagnac干涉仪的温度传感灵敏度为-17.99nm/℃,提高了约12.32倍.     

激光陀螺本征模偏振态与磁敏感特性的理论研究

环境磁场的干扰是影响激光陀螺精度的重要因素之一. 为了减小二频机械抖动激光陀螺的磁敏感性, 推导了环形腔的琼斯矩阵, 其中考虑了非共面角、增益介质、腔损耗、腔镜反射各向异性和应力双折射, 采用矩阵本征问题求解的摄动理论分析了环形腔的偏振态和磁敏感特性. 研究表明, 为了减小激光陀螺的磁敏感性, 应减小非共面角和腔损耗, 增大腔镜的反射各向异性. 腔镜应力双折射究竟会增大还是减小磁敏感性与应力作用主轴、受应力腔镜的位置有关, 此外它还会引起顺时针和逆时针模式之间的偏振非互易性. 磁敏感性与腔失谐近似成线性关系, 导致激光陀螺工作于增益峰值时磁敏感性并非最小. 这些结果对减小二频机械抖动激光陀螺的磁敏感性具有较好的指导意义. 关键词： 激光陀螺 磁敏感性 椭圆度 琼斯矩阵     

保偏光纤陀螺轴向磁敏感特性研究

研究了与光纤线圈敏感轴平行的轴向磁场作用下保偏光纤陀螺的漂移特性,建立了保偏光纤陀螺产生的非互易相位差与入射光偏振态关系的数学模型,并对该模型进行了实验验证.结果表明:轴向磁场对保偏光纤陀螺产生的非互易相位差源于光纤线圈内光纤的弯曲,且与线圈中光纤扭转分布具有密切关系,即当线圈绕制完毕,光纤扭转分布固定时,对应的保偏光纤陀螺轴向磁场灵敏度不变;保偏光纤陀螺轴向磁场灵敏度与射入光纤线圈内光的偏振态密切相关,通过改变入射偏振光的入射角,可在0~5°/h/mT范围内改变典型保偏光纤陀螺的轴向磁场灵敏度.     

一种新型外差光纤陀螺

本文提出了一种采用电光移频器和高双折射光纤构成的新型外差检测方式的光纤陀螺方案。它既能改善通常外差光纤陀螺中存在的光路非互易性且无需使用声光器件,又能避免采用高双折射光纤的直接检测光纤陀螺中电子线路直流漂移的影响。初步实验的结果显示出该系统具有良好的定标因子线性度。     

圆双折射光栅的传输和偏振特性研究及磁场传感应用

从原理上阐述了圆双折射光纤光栅中的传输特性和偏振特性.通过坐标变换,得到圆双折射光栅的琼斯矩阵,并基于此详细分析了磁场大小、传输距离和入射光偏振态对透射光传输特性和偏振特性的影响.结果表明,一定大小的磁致圆双折射将使透射谱产生分裂,透射光偏振态随磁场和波长变化.同时偏振相关损耗和第三斯托克斯参量与外加磁场大小在一定范围...     

去偏光纤陀螺轴向磁场问题的理论研究

运用琼斯矩阵，对去偏光纤陀螺轴向磁场灵敏度进行研究.基于单色光分析了轴向磁场产生的法拉第非互易相位差的机理，理论推导了实际的非互易相位差，给出仿真结果、分析结果和实验结果，并提出减小轴向磁场作用下的Faraday非互易相位差的主要方法是使得两个消偏器的45°误差之和(θ3+θ4)→0.     

高双折射光子晶体光纤偏振模色散测量

对一种高双折射光子晶体光纤的偏振模色散进行了测量.实验用26 m长光子晶体光纤使皮秒光脉冲的两个正交偏振模产生了108 ps时延.运用脉冲时延法和固定分析仪法对这种高双折射光子晶体光纤的偏振模色散进行了实验测量，测量得到其偏振模色散参量可达4154 ps/km，对应的模式双折射度为1.25×10－3.这种新型的高双折射光纤可用于补偿光纤通信系统中的偏振模色散.     

零闭锁激光陀螺磁敏感特性研究

与腔内运行线偏振光的抖动陀螺相比,腔内运行圆偏振光的零闭锁激光陀螺对磁场更为敏感.为了减小零闭锁激光陀螺的磁敏感性,理论分析了其磁敏感特性.当左、右旋陀螺的比例因子修正相等时,陀螺零偏不随磁场的变化而变化,同时陀螺比例因子线性度也将得到改善.试验测试了零闭锁激光陀螺的磁敏感性,结果表明陀螺存在磁不敏感点.试验结果与理论分析吻合.与传统的被动磁屏蔽方法相比,通过主动控制使得零闭锁激光陀螺工作在磁不敏感点的方法对于降低该陀螺的磁灵敏度和提高准确度具有实用价值.     

相移光栅磁场传感方案交叉敏感分析

通过相移光栅的偏振相关损耗(PDL)进行磁场测量是一种较为新颖的磁场测量方法,可用于对脉冲交变强磁场的测量。交叉敏感问题是光纤光栅传感中的关键问题。忽略光栅固有双折射,利用传输矩阵法对磁场传感原理进行了推导与仿真,理论分析了温度、轴向应力和压力等对相移光栅透射窗口的影响,并对相应的PDL峰值变化进行了数值仿真。理论和实验表明,透射窗口峰值的波长随温度和轴向应力呈线性变化,PDL谱线发生横向平移,磁场传感系统不受影响。压力的变化改变了光栅的折射率分布,产生应力双折射,PDL谱线发生不规则变化,对磁场测量结果产生严重影响。     

基于低双折射光子晶体光纤Sagnac干涉仪的超低温度系数扭曲传感器

研究了低双折射光子晶体光纤中由光纤扭曲造成的圆双折射效应,并应用Sagnac干涉仪结构设计了扭曲传感器.在Sagnac环中的光子晶体光纤上施加机械压力引入初始线双折射并产生正弦干涉光谱,再扭曲光纤产生圆双折射使干涉光谱随扭曲角度移动.光谱峰值波长随扭曲角度变化符合Sinc函数关系,理论分析与实验相符.传感器灵敏度为1.00 nm/°,分比率为0.01°,并具有超低的温度系数-0.5 pm/℃.     

双芯高双折射光子晶体光纤耦合特性研究

设计了一种双芯高双折射光子晶体光纤,采用多极法（multipole method）和光纤的模式耦合理论研究了光纤的双折射、耦合长度以及色散特性.数值研究发现,对于空气孔节距 Λ=1.2　μm,空气孔直径d=1.0　μm的光纤,在1.55　μm处双折射度为1.24×10^-2;对应x偏振模的耦合长度为21.6　μm,对应y偏振模的耦合长度为24.3　μm. 这种具有高保偏度和极短耦合长度的双芯光子晶体光纤对于微型光子器件的研制具有重 关键词： 光子晶体光纤 双芯 双折射 耦合长度     

基于低双折射光子晶体光纤Sagnac干涉仪的超低温度系数扭曲传感器

研究了低双折射光子晶体光纤中由光纤扭曲造成的圆双折射效应,并应用Sagnac干涉仪结构设计了扭曲传感器.在Sagnac环中的光子晶体光纤上施加机械压力引入初始线双折射并产生正弦干涉光谱,再扭曲光纤产生圆双折射使干涉光谱随扭曲角度移动.光谱峰值波长随扭曲角度变化符合Sinc函数关系,理论分析与实验相符.传感器灵敏度为1....     

一种新型的基于磁性液体的光纤Sagnac磁场传感器

提出一种使用磁性液体的新型光纤Sagnac磁场传感器.磁性液体具有磁致可变双折射效应和二向色性,在外加磁场作用下,液体中的磁性纳米粒子沿磁场方向结链规则排列,形成各向异性.将其制成液体薄膜,放入具有一段保偏光纤的Sagnac环中,使光纤Saganc干涉仪的正弦形状干涉光谱可随外磁场变化.光纤中传输光垂直经过磁性液体薄膜...     

塞曼激光陀螺磁屏蔽设计与实现

为提高塞曼激光陀螺精度,分析了塞曼激光陀螺磁的磁敏感特性,指出敏感轴方向是塞曼激光陀螺的最大磁灵敏度方向,该方向为产生磁误差的主要方向。研究了低频磁场屏蔽理论与加工工艺关键技术,结合激光陀螺的环境适应性要求,实现了固态激光陀螺磁屏蔽结构。在三轴磁试验台上进行了陀螺磁敏感性测试,陀螺磁灵敏度值减少到原来的1/1000,实测系数达到2.0(°)/(h.mT),该值满足中等精度激光陀螺的实用要求。     

磁光非线性光纤中光参量增益的研究

将光纤中磁光效应和非线性效应作为微扰,推导了磁光四波混频的耦合模方程.通过解析解研究了各向同性磁光非线性光纤的参量过程,并指出利用磁光耦合系数的色散特性可以实现四波混频的相位匹配.同时,采用龙格-库塔法分析了在线双折射磁光非线性光纤中,忽略费尔德常量的波长依赖性时,左旋圆偏振光参量增益的磁控特性,指出了实验中采用较高费尔德常量的非线性光纤的必要性.研究表明:1)对于低线双折射磁光非线性光纤,优化双折射大小可以获得最大的参量增益;2)根据参量增益对磁光耦合系数的单调依赖特性,适当选择光纤长度、泵浦功率以及输入导波光的偏振态,可使参量增益的磁可调范围大大提高.