四频差动激光陀螺的磁敏感性与最佳工作点

为了减小四频差动激光陀螺(DILAG)的磁敏感性,研究了工作点对磁敏感性的影响.根据理论分析,磁敏感性主要来自于左、右旋陀螺相对比例因子修正的不对称,它与工作点有关,在最佳工作点下为零.通过在DILAG增益管上缠绕线圈产生轴向磁场,调节附着于腔平移镜上的压电换能器的驱动电压改变工作点,得到磁灵敏度随工作点的变化规律.结果表明,DILAG在最佳工作点下对外界磁场不敏感,且在每个工作区存在唯一的最佳工作点.DILAG工作在最佳工作点可以使外界干扰在差动中消除,因而有利于提高其性能.为了保证DILAG工作在最佳工作点,必须改变传统的光强差稳频方式.     

四频差动激光陀螺工作点的选择

当四频差动激光陀螺工作于增益曲线上左、右旋陀螺比例因子相等位置时,误差因素在拍频的差动中得到较好的抵消,因而具有较优的性能。为了从实验上寻找该最佳工作点,对四频差动激光陀螺拍频表达式进行了分析,发现静态下和频的电压扫描曲线呈抛物线变化,而且当左、右旋陀螺比例因子相等时,和频的电压扫描曲线处于转折点。设计了实验通过和频电压扫描曲线得到了理论最佳工作点,在不同工作点下对陀螺进行测试,根据其零偏稳定性随工作点的变化趋势,得到了实测最佳工作点。对某型5个陀螺的多次实验表明,由和频电压扫描曲线得到的理论最佳工作点与实测最佳工作点基本一致,最大误差2Hz。该方法可作为四频陀螺选择最佳工作点的参考方法。     

四频差动激光陀螺小抖动稳频初步研究

为避免传统光强差稳频方式的缺陷,提出了四频差动激光陀螺小抖动稳频方法.从四频陀螺工作原理出发,分析了小抖动稳频的特性和难点,如鉴频灵敏度较低、陀螺参量不当时工作点有严重偏移、工作模式不易判别、陀螺零漂受稳频精度影响大.针对每一难点提出,解决办法,特别是极低噪声电路的设计技术是提高四频陀螺小抖动稳频精度的关键.提出的解决方案为进一步实验研究提供了理论指导.     

零闭锁激光陀螺磁不敏感点与放电电流关系的实验研究

零闭锁激光陀螺(ZLG)增益曲线不对称导致左、右旋陀螺的比例因子修正系数不相等,使得当陀螺稳频工作点与磁不敏感点存在频率差时,陀螺零偏对外界磁场变化敏感,降低了陀螺的精度并限制了使用环境。利用兰姆半经典理论分析计算了比例因子修正系数与增损比的关系,并得到了陀螺的磁不敏感点与放电电流的关系,从信号处理系统中排除放电电流变化对控制信号的影响,并进行了实验验证。理论计算和实验结果均表明,线性地改变陀螺放电电流,陀螺磁不敏感点位置会因增益曲线的增损比变化而发生相应线性改变,进而能够通过控制放电电流降低陀螺的磁灵敏度。     

异面腔四频差动激光陀螺的色散平衡

为了减小异面腔四频差动激光陀螺(DLG)腔长变动导致的零漂,对DLG的色散平衡进行了研究.利用气体激光的经典理论,推导了DLG零偏与工作点和轴向磁场的函数关系,给出了色散平衡的理论证明.利用在DLG增益管上缠绕通电线圈,给增益介质施加大小可控的轴向磁场,通过驱动腔平移镜上的压电换能器调节腔长来改变工作点,做出了零偏随腔长和线圈电流的变化曲线.结果表明,零偏对腔长变化的灵敏度是轴向磁场的函数,当增益曲线的塞曼分裂量等于非互易分裂量时零偏对腔长变动不敏感.色散平衡技术减小了腔变动对DLG的影响,有利于提高DLG精度.     

原子饱和吸收谱谐波稳频短期稳定度研究

介绍了利用腔外饱和吸收谱的三次谐波和五次谐波稳频方法对半导体激光器进行稳频的原理,分析了使用这两种稳频方法对半导体激光器进行稳频时所得到的激光频率短期稳定度的理论估算方法,提出了通过选取最佳调制深度来优化短期稳定度的方法和原理,并在理论上比较了两种稳频方法得到的短期稳定度的差异。然后讨论了半导体激光稳频电路系统的设计,并利用该电路系统,分别用三次谐波和五次谐波稳频的方法将半导体激光器的频率锁定在的^87Rb饱和吸收的F=2→F′=3,1线上,并使用我们提出的短期稳定度优化方案进行稳定度优化,通过对误差信号的分析,估算出的频率稳定度达到10^-12的量级,使用采集到的误差信号在实验上比较了两种稳频方法所得的稳定度的,其结果和理论基本吻合。     

基于DSP的激光陀螺稳频回路设计及其参数整定

针对某小型化激光陀螺,对基于TMS320F2810数字信号处理芯片（DSP）的激光陀螺交流抖动稳频回路设计及其参数整定进行了理论分析、Matlab数值仿真和实验研究。TMS320F2810这款芯片具有集成度高、处理速度快、功耗低和性价比高等突出优点,有利于实现激光陀螺控制系统的小型化。基于这款DSP芯片实现了某小型化激光陀螺的交流抖动稳频回路的软、硬件设计,使用衰减曲线法得到了该型激光陀螺经优化后的PID控制参数（Kp=0.048,Ki=0.059,Kd=0.013）,并根据国军标对稳频回路进行了实验验证。实验结果表明,稳频控制回路经过PID参数整定后,该小型化激光陀螺的零偏稳定性从0.025/h降到0.014/h,该稳频控制回路在目标型号激光陀螺上满足预期的性能指标要求。     

四频差动激光陀螺开机零漂特性研究

四频差动激光陀螺开机零漂性能对于快速启动场合有重要价值。从开机预热过程出发,分析其物理作用机制,讨论了几种影响因素,并提出相应解决方法。如采用色散平衡技术减小零漂对稳频位置的敏感性,采用自动增益控制回路稳定光强,采用空间异面腔结构消除水晶片负性影响,采用合理的热布局设计加快热平衡过程,采用可靠性高的检测电路增强稳定性,采用相关措施削弱腔体变形等方法。实验表明,这些方法对改善开机零漂性能是有效的,对研究者有一定参考价值。     

基于DSP技术的外腔半导体激光器自动稳频系统

实现了一种基于数字信号处理(DSP)技术的外腔半导体激光器的自动稳频装置。该自动稳频装置以铷原子的饱和吸收谱线作为频率参考,采用调制解调技术得到稳频所需的鉴频信号。激光自动稳频装置通过模数转换器以固定的速率不间断地采集饱和吸收信号和鉴频信号,由DSP芯片对采集到的数字信号进行处理和分析。DSP芯片利用通用输入输出端口控制调制信号的开关状态,通过数模转换器控制激光频率扫描以及输出数字反馈。利用所述的激光稳频技术不仅实现了外腔半导体激光器自动稳频,而且能够实时评估激光器的锁定情况,在激光器失锁后及时重新锁定,提高了激光器的长期运行能力。最后,将使用自动稳频技术的激光器应用于空间冷原子钟原理样机地面实验中,该稳频激光可以满足相关科学实验的需求。     

温度对四频激光陀螺零偏的影响

讨论了温度对四频陀螺零偏的影响因素 ,通过各部件对温度冲击的响应分析了相对影响大小 ,指出可通过和频变化对零偏进行补偿 ,并以增益区、法拉第室温度进行校正。     

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.     

LiNbO3马赫曾德尔调制器任意偏置工作点锁定技术的研究

在传统LiNbO3马赫曾德尔调制器偏置控制理论的基础上,提出了一种基于快速傅里叶变换(FFT)算法和低频小信号扰动的谐波响应反馈控制方法,实现了一种与调制器输入光功率及插入损耗无关、任意工作点可偏置并锁定的精密光电控制系统。利用比例积分微分（PID）控制方法,实现了任意工作点偏移小于0.5°的控制精度,实验结果亦证明该控制系统能够实现强度调制器任意工作点的偏置及锁定。这些结果对于将LiNbO3强度调制器稳定在最佳工作点并实现高速长距光纤通信系统是很有帮助的。     

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     

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。     

基于互补滤波的输电导线舞动轨迹还原算法

方向余弦矩阵算法(DCM算法)是工业级MEMS惯性传感器姿态解算常用算法。但由于受到外部机械振动和电磁环境影响,MEMS陀螺输出数据漂移较大,导致陀螺积分解算得出的姿态角误差会随着时间累积增长,因此须结合DCM算法与GPS或磁罗盘对陀螺计算出的角度进行误差修正。然而本文设计的导线舞动检测仪是直接安装于高电压架空输电线路表面,仪器处于很强的工频电磁干扰环境中,GPS和磁罗盘传感器失效,所以为了实时准确输出高压导线的运动轨迹,本文提出采用改进的DCM算法,即MEMS陀螺和加速度计的互补滤波算法;并设计出详细的导线舞动轨迹解算流程;最后以仿真测试验证该算法的正确性,并且在专用的舞动监测实验平台上证实了新型舞动监测仪样机的有效性。     

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。     

基于逐步回归分析的激光惯导温度补偿研究

针对激光陀螺惯导的温度补偿,将影响激光陀螺零偏的各种可能的变量作为零偏补偿的状态变量,利用逐步回归分析方法,挑选出对零偏贡献较大的显著变量,建立精准的数学物理模型,并对实测的激光陀螺进行温度补偿建模。结果表明,温度变化率以及与温度的交叉积对温度补偿模型的影响不显著,得到的温度补偿模型可以对陀螺的零偏进行实时补偿,提高了陀螺的精度。