激光陀螺锁区的谐波测量方法

锁区对速率偏频激光陀螺的性能有重要影响,而高精度的锁区测最依然是一个难题.从激光陀螺闭锁方程出发,通过理论近似的方法得到了锁区与激光陀螺输出信号谐波的近似关系.在此基础卜提出了一种激光陀螺锁区的谐波测量方法,进而通过闭锁方程的严格数值解进行了修正和误差分析.最后利用谐波测量法测量了某一激光陀螺的锁区大小,结果表明精度能够优于5%.     

激光陀螺锁区特性的研究

从理论和试验两个方面,研究了四边形腔环行激光陀螺的锁区特性.利用环行腔中背向散射光束具有相干性,导出了环行谐振腔综合背向散射与反射镜、反射镜之间的相对位置的关系.在有两个位移反射镜的四边形谐振腔中,理论上得到了综合背向散射系数与谐振腔腔长具有双波长周期.利用综合背向光强实验及锁区与陀螺工作模数实验分别验证了理论的正确性.试验证实散射光的强度与谐振腔的工作模数存在双模周期性,综合背向散射系数大,陀螺锁区大,反之亦然.     

激光陀螺抖动偏频优化研究

基于频率调制理论,分析、仿真计算了正弦抖动偏频和优化后的正弦抖动偏频条件下,激光陀螺输入-输出曲线的特点.结果表明：正弦抖动偏频时激光陀螺的输入-输出曲线在抖动频率的倍频点处存在着动态锁区,其宽度与激光陀螺静态锁区、抖动角振幅有关.采用优化后的正弦抖动偏频可以很好地克服动态锁区,大大提高激光陀螺输入-输出曲线的线性度.试验对比了正弦抖动偏频和优化后的正弦抖动偏频条件下激光陀螺的输出性能.试验结果表明：采用优化后的正弦抖动偏频显著提高了陀螺准确度.     

激光陀螺锁区最小化控制技术

通过分析激光陀螺锁区的形成原因,给出了锁区最小化控制的基本原理.由激光陀螺谐振腔相向传播光束的输出特性,说明了常规锁区控制方案存在的缺点.从激光陀螺基本方程推导出锁区误差判别信号,提出了基于拍频信号和腔长信号迭加放大的高信噪比锁区控制方案,对交变偏频和常值偏频激光陀螺均适用.运用该项技术,实现了对某型激光陀螺的全温范围内的锁区最小化控制.     

激光陀螺锁区最小化控制技术

通过分析激光陀螺锁区的形成原因,给出了锁区最小化控制的基本原理.由激光陀螺谐振腔相向传播光束的输出特性,说明了常规锁区控制方案存在的缺点.从激光陀螺基本方程推导出锁区误差判别信号,提出了基于拍频信号和腔长信号迭加放大的高信噪比锁区控制方案,对交变偏频和常值偏频激光陀螺均适用.运用该项技术,实现了对某型激光陀螺的全温范围内的锁区最小化控制.     

抖动偏频激光陀螺速率阈值特性研究

本文从理论上分析了正弦抖动偏频激光陀螺速率阈值特性,提出了一种用于测试抖动偏频激光陀螺速率阈值的试验方案,结果表明激光陀螺在零速率处存在与理论相符合的小死区,动态锁区值与陀螺速率阈值具有确定的对应关系。     

激光陀螺锁区误差控制技术研究

通过分析激光陀螺锁区的形成因为,给出了进行锁区控制的基本方法.对锁区误差检测补偿、锁区调制、锁区信号伺服控制三种方案基本原理进行了说明,通过对三种方案的特点进行对比分析,得出锁区信号伺服控制为最佳控制方案,并给出了基于该方案的工程实现方法,具有较好的应用前景.     

激光陀螺变锁区现象的研究与讨论

通过采用减低转速的办法测得的锁区值推算出的随机游走比用Allan方 差方法拟合的随机游走要大很多. 为了解释这一问题, 建立了动态刻蚀光栅模型, 与以往的研究不同, 本文认为刻蚀光栅效应不只在驻波状态下发生, 在行波状态下也会存在, 而且与拍频频率呈现动态响应的关系. 这种模型得出了锁区随着转速的降低而不断增大的结论, 解释了长期以来困扰激光陀螺研究者的一些问题.     

全反射棱镜式激光陀螺标度因数补偿技术

针对机抖激光陀螺存在的随机噪声注入效率低的问题,深入研究了随机噪声对消除激光陀螺动态锁区的影响,获得了噪声频率分量与动态锁区之间的函数关系。基于伪随机序列并结合对激光陀螺噪声注入传递函数的分析,提出了多态增强随机噪声注入技术,在现场可编程门阵列（field programmable gate array, FPGA）中设计了多态随机噪声增强注入算法,并对多态随机噪声增强注入技术进行了实验验证。结果表明,相对于传统随机噪声注入技术,多态增强随机噪声注入明显丰富了随机噪声的频率分量,并在高频段增强了噪声幅度,从而使激光陀螺的噪声注入效率提高了约50.57%,陀螺精度提高了约33.62%,角随机游走系数降低了约17.62%。多态增强随机噪声注入技术为提高机抖激光陀螺的性能提供了重要参考。

     

激光陀螺锁区信号提取与控制研究

从激光陀螺的锁区理论模型出发,通过研究激光陀螺的锁区、综合背向散射以及光强信号之间的关系,分析了光强信号中所包含的锁区信号的特性,设计了滤波处理电路和信号提取算法,通过多阶滤波、精确采样和坐标变换跟踪,将光强信号中提取出的锁区信号进行控制,抑制了综合背向散射,充分发挥光学器件的性能,可降低激光陀螺仪长时间工作产生的零偏...     

激光陀螺抖动控制电路高精度数字化设计

随着激光陀螺电路系统数字化,小型化的不断发展。传统的机抖激光陀螺模拟偏频系统由于存在体积大,难以进行精确控制的缺点而在使用中受到极大限制。本文设计了一种基于DSP的数字机抖偏频控制系统,提出了数字机抖偏频控制系统原理,实现了一种周期性锯齿波噪声的注入。实验结果表明,数字机抖控制系统工作稳定,激光陀螺测量精度高。     

Polarization properties in a prism laser gyro with mechanical dither bias

<正>Theoretical analysis and experimental research on the polarization properties of output light in gyro are carried out to investigate the phenomenon that the amplitude of an output voltage signal is modulated by dither bias in laser gyros consisting of totally reflecting prisms.Taking the effect of prism stress birefringence into account,an analytical formula of the output light intensity in the gyro and the relationship between the polarization parameter and the amplitude modulation of the output signal are obtained and discussed.For the first time,the polarized power value of the output light is adopted as a basis to estimate the output signal amplitude fading extent of laser gyros.Experimental results demonstrate that when the value of polarized power of output light is below 25.5%of that in ideal static case,the standard error is over 0.0337 dBm,and the displacement extent of the prism is higher than 53%of the radius of the beam waist in the gyro cavity,the amplitude modulation extent of gyro output signal can reach up to 16%,which badly influences the measurement accuracy of the laser gyro.Using this polarized power detecting measurement method can repair the gyro immediately during its fabrication process,improve the testing and production efficiency and shorten the product development cycle.     

基于电子信号处理的四频激光陀螺信号读出研究

针对当前四频差动激光陀螺(DLG)读出系统结构复杂、易受温度影响等问题,对现有读出系统进行了改进,设计了使用电子信号处理代替光学信号处理来分离左、右旋陀螺信号的新型读出系统。通过对一个DLG同时使用新旧两套不同的读出系统进行测试,得到了相同的测试结果,表明电子信号处理和光学信号处理在分离左、右旋陀螺信号方面是等效的。在此基础上,首先使用模数转换器对DLG的光电转换信号进行采样,然后进行了数字信号处理,并研制出了全数字化读出系统。新型读出系统不使用四分之一波片和偏振片等光学元件,具有温度稳定性好、结构简单、全数字化等优点,有利于四频陀螺性能的提高和批量生产。     

四频差动激光陀螺中的粒子数脉动效应

为研究激光陀螺精细模耦合作用,考虑了增益介质中的粒子数脉动效应.从激光器物理原理出发,分析了粒子数脉动效应的产生机制,结合四频差动激光陀螺特点,得出粒子数脉动效应是一种精细模耦合效应,不同激光模式间的拍频使增益介质中粒子数布居差产生调制,进而对模耦合产生影响.数值计算了粒子数脉动在耦合效应中的大小.计算结果表明:粒子数脉动效应和其他耦合效应随腔频变化基本一致,在大多数腔频范围内数值较小,为其他耦合效应的4%以下;在某些腔频范围(如0.37＜ξ＜0.46,0.02＜ξ＜0.06,0.86＜ξ＜0.88)有较大数值,为其他耦合效应的80%以上,在激光陀螺的模耦合分析中不可忽略.     

石英晶体温度效应对四频差动激光陀螺中光场偏振特性的影响

为研究石英晶体温度效应对四频差动激光陀螺的影响,从陀螺的自再现传播矩阵出发,结合石英晶体旋光率随温度变化的经验公式,利用琼斯矩阵求本征模的方法,得出了四频差动激光陀螺腔内光场本征偏振态与温度的关系并进行了数值分析,得到椭圆度和左右旋差损随温度变化的曲线。结果表明,石英晶体温度效应对偏振特性的影响与反射镜片的振幅反射率和反射相移有密切关系,对于典型陀螺参量,在-60℃～60℃范围内石英晶体温度效应导致左右旋差损从0增加至10-6量级, 椭圆度从0.122增至0.138。     

Design and optimization of frequency tunable semiconductor laser used in resonator integrated optic gyro

Frequency tunable semiconductor laser has potential applications in resonator integrated optic gyro (RIOG) for its small size and easy to be integrated. An alternative construction of frequency tunable semiconductor laser with planar waveguide external cavity is proposed in this paper. The frequency tuning section, which is placed between the active section and Bragg grating section, is designed to be one part of the waveguide external cavity. The slab etched grating, based on the silicon-on-isolator ridge waveguide, is adopted to narrow the width of reflectivity spectrum. After the theoretical analysis and simulations, the frequency modulation coefficient of 2.1 MHz/mA is obtained, and the power change is less than 3.6 × 10⁻⁴ dB/1.6 GHz. The proposed configuration combines the advantages of wavelength tunable laser and external cavity laser, and it can realize precision frequency tuning, ignored power fluctuation and narrow linewidth, which contribute much to RIOG.     

机抖激光陀螺锁区补偿的理论研究

二频机抖陀螺具有较高的精度,但在每个抖动周期需要两次通过锁区,会丢失部分信息,从而带来了过锁误差.噪声注入只能将误差随机化,并不能从根本上消除误差.根据锁区方程阐述了锁区对机抖陀螺精度的影响.对二频机抖陀螺的锁区补偿方案进行了理论研究.采用零速率点恒加速近似得到了过锁误差的信号表征方法.数值分析表明该锁区补偿方法在各种...     

Model of lock-in in a ring laser and a semiconductor laser gyro

It is assumed that the process of lock-in in a ring laser has a finite transient time. This assumption serves as a basis for developing a semiconductor laser gyro. A semiconductor optical amplifier is applied as an amplifying medium, and a ring resonator represents a long optical fiber. The injection of an external single-frequency light into a ring resonator with subsequent circulation of counterpropagating waves is used. The light characteristics of the semiconductor laser gyro are discussed, and the rotation sensitivity of the gyro is demonstrated.     

谐振式集成光学陀螺解调特性分析

基于激光器频率谱检测技术,沿着光的传输方向分析了光波在谐振式集成光学陀螺系统中的传播,结合输入信号特征,建立频域内的数学模型,通过数值仿真和实验得到了调频检测系统下的解调曲线。按照光的传输方向：激光器、声光晶体移频器、光波导环形谐振器、探测器,利用贝塞尔函数展开和光场耦合模理论分析了谐振式集成光学陀螺解调特性,及其调频调制检测系统解调输出信号与谐振频率偏差之间的关系。通过数值计算,分析了解调曲线的变化规律,得到了施加在激光器压电陶瓷驱动器上调制波形的最佳调制系数。在实验上搭建了激光器频率调制解调技术系统,得到了解调曲线。数值仿真和实验结果表明,当调制系数M=2时,线性工作区间斜率最大,解调曲线最好。实测形状与理论分析结果相符,从解调信号得到±2×10³ rad/s的陀螺动态范围。     

空间正交三轴激光陀螺的调腔技术

通过分析传统激光陀螺的调腔方式,提出了激光陀螺应在实际工作条件(具有增益能力状态)下进行调腔的观点,以及通过控制其腔长或光程长来控制反射镜的反射方向的调腔方法,并相应地设计了新的腔长控制镜结构。通过全面扫描的方式,找出了空间正交三轴激光陀螺的三腔在高质量运转时的最佳角度控制参数,解决了空间三轴激光陀螺高精度调腔的难题。