高Q光纤环谐振腔陀螺角速度传感研究

模拟仿真了谐振式光纤环腔的透射谱线以及鉴频曲线,得透射谱线最低谷值对应为调制谐振点,鉴频曲线的线性区为陀螺的工作范围区,线性区中点对应谐振点,可作为标度因数最大值.为了实现谐振点的高精度锁频和稳频,设计了谐振式光纤陀螺角速率测定方案,使用比例积分反馈电路实施锁频,利用正弦波扫描窄线宽激光器(线宽小于1kHz)的压电转化模块,使激光器谐振腔长发生变化,从而改变其输出频率,对谐振光纤环腔随外界环境变化同时进行跟踪和锁定.利用线宽法测试并计算出光纤环形谐振腔的品质因数值为107,对比分析了光纤环腔在谐振点和非谐振点锁定情况下的光电探测实时输出,并通过转动测试,得到两种情况下锁定后陀螺的连续转动效果.计算了光纤陀螺系统理论检测灵敏度,结果表明:谐振点锁定后转动效果对应的陀螺输出电平值为锁定非谐振点转速电平值的3倍,验证了谐振式光学陀螺谐振点锁频的重要性.     

锥形光纤激发盘腔光学模式互易性研究

光学谐振腔由于其高Q值特性,作为谐振式陀螺的核心元件,有望实现谐振式陀螺的小型化、集成化,但是非互易性噪声成为制约其精度提高的不利因素. 介绍了采用传统半导体工艺制备的盘型腔与熔融法拉制的锥形光纤组成的耦合系统. 当盘型腔在光纤锥区的不同位置进行耦合谐振时,将输入输出正/反对调,观察到输出透射谱发生偏差,谐振频率、耦合效率以及Q值均发生变化,即存在非互易性现象. 用Rsoft软件对锥形光纤倏逝场分布特性进行仿真,理论分析了非互易性产生的原因. 以此可抑制谐振式光学陀螺应用中由锥形光纤与谐振腔组成的耦合系统产生的非互易性噪声. 关键词： 光学谐振腔 锥形光纤 非互易性 谐振式陀螺     

谐振式光纤陀螺偏振噪声分析

谐振式光纤陀螺（R～FOG）是第二代光纤陀螺,其性能受各种噪声因素的影响。为提高谐振式光纤陀螺的性能,对谐振式光纤陀螺的瑞利背向散射、克尔效应、磁光法拉第效应和偏振态耦合等各种噪声进行了分析,并提出了对偏振态耦合噪声的解决方法。在此基础上,得到保偏光纤环旋转90°对接的谐振腔优化结构。该结构可以有效减小谐振腔的偏振噪声和磁光法拉第噪声,且可改善陀螺系统的温度特性。     

基于微光学结构的空芯光子带隙光纤环形谐振腔研究

光纤环形谐振腔是构成谐振式光纤陀螺的核心部件。提出了一种基于微光学结构的空芯光子带隙光纤环形谐振腔。建立了这种谐振腔的归一化传递函数模型,并且仿真分析了微光学结构参数与谐振腔特性和陀螺的极限灵敏度的关系。研制出基于微光学结构的空芯光子带隙光纤谐振腔的实验样品,完成了样品性能测试,在此基础上提出了下一步优化方案。研究结果为未来进一步研究基于微光学结构的谐振式空芯光子带隙光纤陀螺提供了理论和实验依据。     

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.     

Y波导温致半波电压特性对谐振式光纤陀螺的影响

针对基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺(resonant fiber optic gyroscope, RFOG)中Y波导调制器半波电压的温度影响,开展了Y波导温致半波电压特性对谐振式光纤陀螺影响的研究。建立了Y波导温致半波电压特性对基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺系统标度因素的影响规律模型,模型表明：Y波导调制器的温致半波电压特性会导致基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺系统的标度因素发生变化。搭建了用于宽谱光源的Y波导调制器半波电压测试系统,系统测试精度达1 mV。实验测试了全温范围内Y波导的温致半波电压特性在基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺系统中的影响,测试结果表明：Y波导调制器的半波电压与温度呈线性负相关;Y波导调制器的温致半波电压特性导致基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺系统的标度因素的最大相对变化误差为1 266.01×10^-6。     

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.     

偏光干涉对光纤陀螺性能的影响

从光纤陀螺光学系统缺陷角度,研究了由于光纤陀螺保偏光纤融接误差及光学器件的不完善引起的偏光干涉效应,理论分析并实验研究了偏光干涉效应对传输光谱的影响及其对光纤陀螺性能的影响。研究表明,在当前的技术条件下,偏光干涉效应对光纤陀螺的标度因数影响可以忽略,偏光干涉不影响一般意义下的光源相干长度,但是却导致光源相干特性的变化,反应在相干图上出现了多个干涉衬比度峰值,这会降低宽谱光源的短相干长度特性给光纤陀螺带来的好处,由此也说明不能仅由相干长度这一个参量描述光源的相干特性。     

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.     

激光调制参数对光纤环型谐振腔光谱特性影响

谐振光学环型腔作为光学陀螺的核心敏感单元,其光学调制谱和与之对应的鉴频曲线的特性成为提高光学陀螺系统检测灵敏度的关键。为了研究光学陀螺的调制和鉴频谱线特性,优化陀螺性能,设计并搭建了实验测试系统,光纤环形谐振腔采用分光比为50∶50、直径17 cm的保偏光纤,总长2.2 m。使用直流高压放大器扫描窄线宽激光器（线宽小于1 kHz）的压电转化模块,扫描频率和电压分别选取20 Hz和1 V,使用模拟比例积分电路进行锁频并反馈给激光器的压电转化模块,使激光器的输出频率跟踪谐振腔实时变化。研究分析了光纤环型谐振腔在两种情况下所对应的透射谱和鉴频曲线:第一种情况为调制电压分别为2 V和4 V,对应调制频率从100 kHz到4 MHz变化;第二种情况为当调制频率为900 kHz,调制电压从2 V到10 V变化。通过实验,得到了不同调制参数下光学陀螺谱线的谐振深度、半高全宽、线性带宽、动态范围、品质因数、标度因数以及对应的锁频精度七种物理量的详细变化情况,并进一步得到了静态测试条件下三种陀螺的最佳调制频率及与之所匹配的调制电压。为进一步研究激光调制对光纤环型谐振腔光谱的影响提供指导。     

谐振型光纤陀螺克尔效应误差消除方法研究

对采用方波频率调制数字闭环谐振型光纤陀螺中克尔效应的影响进行了深入的理论分析,〖CM)〗〖JP〗 分析表明，由克尔效应引起的陀螺误差不仅与光纤环内两相反方向光束的光强差有关，而且还依赖于两路光波频率调制的调制幅度,通过适当调节两光束的频率调制幅度，可有效地实现克尔效应误差的消除,这种基于方波频率调制的克尔效应误差消除方法利用了方波调制的特点，通过调节调制幅度实现误差消除，无需额外光学元件，对强度调制器调制频率要求低，是数字谐振型光纤陀螺系统中消除克尔效应误差的有效方法,     

谐振腔光纤陀螺相位调制复位误差影响的研究

对数字相位斜波调制中2π复位误差对谐振腔光纤陀螺（R-FOG）的影响进行了研究.结果表明,相位复位误差将会导致R-FOG输出光强信号的波动,光强波动周期等于相位斜波复位周期.反射输出光强的波动在相位斜波的前后半周期明显不同,前后半周期输出光强平均值的差异与复位误差的大小和方向相关.提出了一种相位调制复位误差的消除方法,利用前后半周期平均光强差作误差信号,反馈控制相位调制通道增益,可实现复位误差的消除.     

光源的特性对光纤环形腔有效精细度的影响

讨论了光湖源的谱分布和线宽对无源光纤环形腔的有效精细度（线宽）的影响，对两种典型的谱分布，光源给出了有效精细度（线宽）与入射光线宽之间的定量关系，分析表明，洛伦兹型光源对有效精细度的影响比高斯型大，而且对洛伦兹型光源，有效线宽总是大于入射光的线宽。     

A Differentiating Fiber-optic Ring Interferometer

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

光纤传感实验设计

提出了一种适用于教学的光纤传感器实验研究系统。在实验过程中首先测定了LED光源的I-P特性曲线,接着对光纤的纤端光场分布进行测试,并通过实验得到的数据绘出光纤的纤端光场光强曲线,然后利用光纤传感实验仪对微位移用两种方式进行测量。根据现有的实验条件设计出适合于学生进行的基本实验。     

Two-Frequency Brillouin Fiber Laser Controlled by Temperature Difference in Fiber Ring Resonator

A Brillouin fiber laser (BFL) consisting of a fiber ring resonator with different fiber temperatures emits two-frequency light output. The two-frequency BFL yields an optical beat output which can be utilized as an optical frequency shifter. The output beat frequency is controllable by the temperature difference in the fiber ring resonator and changes with a step of a resonant frequency interval of BFL. The temperature dependence of the BFL output frequency was 2.4 MHz/°C. The stability of the output beat frequency to the temperature fluctuation was estimated as 1.04°C/2.5 MHz.     

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.