谐振式硅基二氧化硅集成光学陀螺的克尔噪声研究

分析了集成光学谐振式陀螺中克尔噪声的产生机理,利用导波光学理论建立了克尔噪声的数学模型,并基于此模型得出了克尔噪声对集成光学陀螺极限灵敏度影响的数学表达.分析了不同光源谱宽下谐振腔腔长与克尔噪声引起陀螺输出偏移之间的关系;针对集成光学陀螺中克尔噪声的主要产生原因-谐振腔中顺、逆时针的光强不均衡,仿真分析了系统中集成光学...     

集成光学光纤陀螺的噪声分析

集成光学光纤陀螺以其体积小、重量轻、以及高的调制频率与消光比引起了国际上的广泛重视。深入研究光纤陀螺的噪声特性,对于降低零漂是极为重要的。通过广泛调研,从光源、光纤环与集成光学芯片、电路、以及外界环境的角度,详细的论述了各噪声源产生的机理、特征和一些抑制噪声的办法。简要的提出了一种利用负反馈补偿零漂的方法     

谐振式光学陀螺环形谐振腔内背向反射研究

背向反射是谐振式光学陀螺(ROG)中的主要噪声之一.通过光波场叠加的方法,建立了环形谐振腔内的单点反射模型,得到系统中背向反射噪声引起的系统标度因子误差与环形谐振腔内反射参数的解析表达式.利用该表达式,通过Matlab进行数值拟合,分别对谐振式光纤陀螺系统(R-FOG)和谐振式微光学陀螺系统(R-MOG)中的背向反射噪声进行理论分析和比较.实验中,通过一定的措施抑制了系统中的背向反射噪声,分别得到R-FOG和R-MOG系统的开环输出信号.通过理论分析和实验验证背向反射噪声在R-MOG中的影响较大.为ROG中背向反射噪声的抑制及ROG系统的搭建提供了理论和实验依据.     

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.     

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.     

对轴误差对光纤陀螺输出的影响

理论分析并试验研究了Y波导保偏尾纤与保偏光纤线圈之间熔接点的对轴误差对光纤陀螺输出的影响.根据简化的光纤陀螺光路误差模型,对光纤陀螺的输出相位误差与光路中主要耦合点的对轴误差的关系进行了理论推导和仿真分析,并利用一个实际的闭环光纤陀螺试验研究了主要熔接点的对轴误差变化对光纤陀螺零偏和零偏稳定性的影响.结果表明,Y波导保偏尾纤与保偏光纤线圈之间的对轴误差是引起光纤陀螺输出误差的重要因素,必须尽量减小.     

基于时分复用技术的三轴光纤陀螺光路噪声及抑制技术研究

光纤陀螺小型化是光纤陀螺发展的一个重要方向,提出了一种基于时分复用技术的三轴光纤陀螺光路结构,通过复用一个光源和一个探测器大大减少了器件数量,有效地降低了成本,减小了体积。针对三轴光纤陀螺单信道多信号传感理论进行分析,给出了一种有效的信号提取方案,最后对光路串扰噪声进行了研究,提出一种噪声抑制技术并进行了实验验证。测试结果表明,噪声抑制技术效果良好,陀螺精度满足工程应用要求。     

部分相干信息处理系统的噪声演绩(Ⅱ)——时间部分相干照明

本文研究了时间相干性对光学信息处理系统噪声演绩的影响。以输出信噪比作为信息处理系统噪声演绩的度量,系统中任意平面上的颗粒噪声及相位噪声作为主要的噪声源。结果表明,时间部分相干照明可以提高系统的输出信噪比,对系统的装置噪声有明显的抑制作用。     

高准确度光纤陀螺中相位调制的控制研究

在相位调制器基础上，提出了围绕干涉型光纤陀螺的闭环控制方案.对高准确度光纤陀螺中Y波导集成光学器件的调制特性及系统测试方法进行了研究，对其应用及光路各环节配合的技术进行了探讨，对该器件在光纤陀螺系统中的特性和测试系统进行讨论.在高准确度光纤陀螺中取得明显效果.目前，工程样机的零偏稳定性已达到0.02°/h.     

干涉式光纤陀螺光路系统的物理模型

光路系统的偏振误差极大地制约着光纤陀螺精度的提高。利用相干矩阵和琼斯矩阵对光纤陀螺中光学器件和熔接点的光学参数进行描述,建立了干涉式光纤陀螺光路系统的物理模型。与之前相关文献报道相比,该模型所表达的光路系统更加接近于工程实际。在此基础上,提出一种分析光学器件和熔接点缺陷,以及光路损耗对光纤陀螺偏振误差影响的新方法。该方法可以有效地分析光路系统缺陷对零偏和标度因数的影响,在工程上可作为评价干涉式光纤陀螺光路系统性能的一个途径。     

Sensitivity limitation by polarization and birefraction in IORG

Integrated optical resonance gyroscope (IORG), with the ring resonator fabricated by micro-techniques, has the advantage of miniaturization, integration, and low cost. Theoretical calculation shows its potential ability in getting high sensitivity. However, the current IORG sensitivity is restricted by optical parasitical noises aggravated by involving high coherent laser source. Polarization fluctuation is one of the dominant noise sources in waveguide resonator. The effect on polarization noise in IORG by three main parameters: state of polarization of the input light, polarization-maintaining quality of the waveguide, and temperature fluctuation of the peripheral environment, has been theoretically analyzed and experimentally tested. An improved layout, with a Planar Lightwave Circuit (PLC) acting as both modulator and polarizer, is presented to suppress the polarization noise in IORG. The results show that the bias instability of IORG caused by polarization noise is greatly reduced from 1.57°/s to 0.005°/s.     

Rayleigh backscatter noise in integrated optical resonance gyro

Rayleigh backscatter noise in integrated optical resonance gyroscope (IORG) is researched both in theoretically and experimentally. The characteristics of Rayleigh backscatter noise in the resonator of SiO₂ on Si substrate are formulized, and the static state and dynamic state models of IORG are constructed. The relationship between the optical signal and Rayleigh backscatter noise is simulated, and the affection between the interference signal of Rayleigh backscatter noise and reverse optical signal is also calculated. The degree of degrading the performance of resonator due to Rayleigh backscatter noise is analyzed, such as finesse and fundamental detection limit. The relationship between the line-width of the tunable laser and the intensity of transmit light and Rayleigh backscatter noise is simulated. Through the theory of modulation, the method of inflicting two different frequencies to the arm of integrated optical modulator is presented. The verified experiment result showed that the saw-tooth wave modulation could effectively restrain Rayleigh backscatter noise in IORG.     

光电跟踪伺服系统中光纤陀螺滤波算法的应用

光纤陀螺作为光电跟踪伺服系统速度稳定回路的反馈测量元件,它的输出噪声直接影响伺服系统低速跟踪情况下的控制精度。抑制陀螺的输出噪声是改善伺服系统低速特性的有效手段之一。采用了一种简化的卡尔曼α-β滤波算法,使伺服系统的低速精度指标由原来采用移动平均滤波的0．0052°／s提高到0．0026°／s。实验证明,该算法可以有效地改善伺服系统的跟踪特性。     

激光陀螺噪音特性试验研究

给出了激光陀螺噪音分析方法及噪音模型,据此模型比较研究了四种激光陀螺在不同解调方案下噪音组成分量之间的关系;理论分析了激光陀螺噪音分量的特性和引起该噪音分量的因素,给出了典型的试验数据和曲线.研究结果表明,该模型不但可以用于对激光陀螺的随机游走系数的估计.而且,该模型的其他系数可以用于研究陀螺的量化和解调误差,也能用于评估陀螺输出的速率噪音.     

激光陀螺中的光学抖动及其对锁区的影响分析

为了提高激光陀螺的性能,提出利用光学抖动改善陀螺锁区的方法.研究了环形光路中背向散射对锁区的影响,理想状态下可以消除陀螺的零阶锁区.在微扰条件下对光学抖动下陀螺腔内的光路变化进行了分析计算,得到了使陀螺锁区达到最佳改善的理论光学抖动量并进行了实验研究.实验结果表明:光学抖动可以起到类似机械抖动加噪的效果,改善陀螺的零偏稳定性.     

光纤陀螺的噪声及其实验分析

通过对FOG-110-I全光纤陀螺仪样机的研制,分析了光纤陀螺的噪声源,并对信号光背向反馈进入激光器引起的强度噪声和由光纤PZT位相调制器引起的幅度调制对光纤陀螺系统的影响作了重点分析。最后,给出了FOG-110-I全光纤陀螺样机的测试结果和实验分析。     

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.     

光纤陀螺漂移稳定控制方法研究

从理论人分析光纤陀螺位相调制器及光源不稳定对整机性能特别是对漂移的影响,通过研究,利用光纤陀螺基频分量、一次谐波及二次谐波分量的组合抑制光纤陀螺噪声,稳定控制光纤陀螺漂移,提高光纤陀螺栓测灵敏度。制作了实施电路。     

单模光纤陀螺正交锁相检测方法的研究

研究了用于干涉型单模光纤陀螺系统的正交锁相检测方法，采用双参考信号，使输出的信号与噪声分离，不仅提高了光学系统信号的信噪比，同时可以引入移相反馈控制，大大减小了系统的漂移，系统的零点漂移已达到０．２ｄｅｇ／ｈ。     

机械抖动棱镜式激光陀螺出射光强度特性

针对棱镜式激光陀螺在抖动状态下出射光强度被调制的现象, 系统地研究了机械抖动对棱镜式激光陀螺中光传输轨迹和光电探测器的影响机理. 在对现有棱镜式激光陀螺性能进行分析的基础上, 应用数值模拟和有限元分析方法, 将对称型全反射棱镜纳入四棱镜陀螺的结构设计方案, 并给出了由机械抖动引起的应力双折射和光电探测器位置偏移与出射光强度的一般关系. 结果表明, 机械抖动会使棱镜产生应力双折射, 使激光光路发生改变, 同时造成光电探测器与出射光束产生相对位移, 导致出射光强度幅值产生调制. 使用全对称型的陀螺结构, 选取具有合适折射率的对称型棱镜, 减小探测器与出射光斑中心的相对位移, 可以将出射光强度调制幅值相比原先减小52.63%以上, 显著地改善出射光强度被调制的现象. 此分析结果为提高激光陀螺的可靠性提供了重要参考.