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.     

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...     

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.     

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.     

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。     

激光陀螺光电探测器光窗的设计

用平面波计算拍频条纹间距时,因激光器中存在衍射效应,且实际光强分布为高斯型,故给光电探测器光窗尺寸计算带来很大误差(40%),导致系统不能正常工作。为此,以高斯光束为基础,利用光电探测器测得2路信号的相位差,通过数值计算得到2束光拍频条纹间距,由此计算得到理想相位差光电探测器的尺寸。最后,用实验验证了该设计方法的可行性,为RLG光电探测器光窗尺寸的设计提供了一种简单准确的方法。     

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.     

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     

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.