宽带光源光谱不对称性对光纤陀螺性能的影响

光谱不对称性是宽带光源的非理想特性之一,这种特性对标度因数的影响在中高精度光纤陀螺中会逐渐显现出来。为了分析光谱不对称性及其对光纤陀螺的影响,结合光纤陀螺所用宽带光源的典型光谱参数,对宽带光源的光谱不对称性进行了理论计算,分析了传统量化光谱不对称性方法存在的问题和局限性,并在此基础上提出了一种更加准确合理的光谱不对称性的量化指标。研究表明,光谱不对称性会产生相对相位误差,并在调制通道中产生视在增益误差,导致陀螺第二反馈回路"错误"调整调制通道的增益,引起光纤陀螺标度因数的非线性误差。对于类矩形光谱当不对称度小于10~(-2)时,视在增益误差引起的标度因数非线性误差会达到25′10~(-6)。因此在进行光源设计时需要将光谱不对称性作为一个定量考虑的指标。     

消除消偏光纤陀螺克尔效应的一种方法

研究了非线性克尔效应对光纤陀螺噪声的贡献,得到了可以通过采用宽谱光源和调制光路中的光功率来减小甚至消除克尔效应引起的非互易相位差的结果。采用调制光功率的方法消除克尔效应。为了避免因调制光功率降低探测器信噪比,通过分析探测器的噪声原理得到了保证足够信噪比的最小功率输入。设计了光纤放大器光源来实现这种光功率的调制。分别分析了泵浦光功率和泵浦方式对光源的影响,进一步协调了光纤放大器光源的输出功率和放大增益,首次证明了光纤放大器光源的优越性。在实验中,采用了光纤放大器光源的光纤陀螺的随机游走系数被减小到了原来的0.8。     

高精度光纤陀螺光源强度噪声的抑制

掺铒超荧光光纤光源的光源强度噪声是影响高精度光纤陀螺随机游走系数的主要因素。为了降低陀螺随机游走系数,进一步提高陀螺精度,提出了一种抑制光纤陀螺光源强度噪声的方法。利用耦合器两个输出端输出光的相关性,将两束光转换为电信号送入FPGA中,用数字电路相减法实现光源强度噪声的抑制。通过Allan方差法对抑制前后陀螺输出数据的分析结果可以看出,采用数字相减法可以有效的抑制光纤陀螺的光源强度噪声,角随机游走系数与抑制前相比减小33%。该方法与以往的方法相比,具有工程实现简便、可靠性高、维护容易等优点。     

光源共享3+1S型光纤陀螺在轨故障诊断与延寿设计

针对空间小卫星惯性应用领域的低功耗、低重量特点,设计出一款双光源四轴一体化小型化3+1S光纤陀螺方案。通过四轴共享光源降低整机功耗及重量,利用3+1S构型消除三个相互垂直方向的测试单点,使用双光源互为冷备份来消除光源单点,在双光源功率均下降的情况下,提出双光源共同工作的延寿策略。给出了光纤陀螺在轨的性能自检、光源故障诊断和处理、单轴故障诊断和处理、光功率下降的处理策略、以及整机延寿方法。设计了光功率检测电路,实现在线监视光功率的变化,为故障诊断和处理方案提供依据。在双光源功率均下降的情况下,通过双光源共同工作的方式,使陀螺的输出精度恢复到初始设计值,该延寿方案可以使光纤陀螺的在轨寿命延长3～5年。     

基于单目视觉的AUV水下定位方法

为解决传统水下定位传感器在定位方面的不足,提出一种基于目标光源的单目视觉四自由度定位方法,推导了四自由度定位算法原理,提出了深度定位、水平定位和艏向定位方法。设计了作为目标的共线排列定位光源系统。静态和动态试验证明所提出的单目视觉定位方法原理正确,目标光源系统合理可行,可以在深度为4~0.5 m范围内进行稳定的四自由度定位。经过校正,与SBL和测深仪的相对精度达到10 cm以内。实验说明上述方法对AUV执行近距离使命任务具有实际意义。     

采用半导体光放大器抑制SFS相对强度噪声

相对强度噪声作为光源噪声之一,当光源光功率达到一定程度时,在量级上将取代散粒噪声和热噪声成为光源噪声的主要部分。为解决此问题,作者提出一种采用饱和半导体光放大器抑制相对强度噪声的全新方案。在传统光源结构的基础上,将光源与耦合器之间加入一级半导体光放大器,使光源出光功率达到半导体光放大器深饱和区,从而实现对相对强度噪声的抑制。通过对采用半导体光放大器的光源结构进行相对强度噪声测量发现,在各个频率处相比原有光源结构,均有10 d B/Hz的下降。实验结果表明,采用半导体光放大器的光源方案实现过程简单,可靠性高,在提高光功率的基础上降低了相对强度噪声。     

全息干涉在光弹性中的应用

一、引言 自从60年代激光器问世以来,为科学技术及工业部门提供了优良的光源,激光技术很快地得到了广泛的应用。激光光源的重要特点在于:高单色性,高方向性和高强度;同时能从激光光源直接获得偏振光。这些性质,都正是光弹性技术所需要的。1966年,Taylor,Swinson 等人就把激光器用作光弹性仪的光源,并用于动荷及散光光测技术。 由于以上的特点,激光光源有较好的相干性,使全息摄影技术得到了迅速的发展。近年来,在光弹性中也引用了全息干涉法。古典光弹性在过去半个世纪中是很重要的试验应力分析的方法之一。通过测量在平面模型内传播的两个正交偏振光的相对减速,可以     

基于关键器件的光纤陀螺可靠性评估

以可靠性评估技术为基础,采用关键器件法对光纤陀螺工作状态下可靠性指标进行评估。通过对光纤陀螺实施故障模式、影响及危害性分析以及故障树分析,确定光纤陀螺的关键器件为超辐射发光二极管（SLD）光源,结合SLD光源性能退化数据对SLD光源进行可靠性评估,得到SLD光源的可靠度曲线。由关键器件转换法原理可知,曲线即为光纤陀螺工作状态下可靠度曲线。通过与整机法的评估结果进行对比,得出基于关键器件的光纤陀螺可靠性评估是可信的,为光纤陀螺可靠性评估提供了一种切实可行的方法。     

光强外调制法抑制相对强度噪声

针对高精度光纤陀螺超荧光光纤光源的相对强度噪声（RIN），阐述了光强外调制法抑制RIN系统构成。系统利用集成光学强度调制器及其反馈控制回路将光纤光源的强度变化作为调制信号，通过负反馈消除光源的RIN。文中给出了反馈回路中增益非平坦型带通滤波器的实现方法。实验结果表明，在10kHz～800kHz范围内，光强外调制法使单位带宽内信噪比改善了15～5dB。     

光源稳定性对光纤陀螺性能的影响及解决方案

分析了光源出纤功率和波长波动对陀螺性能的影响，并理论研究了双程后向结构掺铒光纤超荧光光源的特性。结果表明，在任意反射镜参数下，只要选取适当的掺铒光纤长度，该结构光源总能实现不依赖于泵浦功率的平均波长高稳定性运行；在高稳定性的前提下，反射镜参数优化后的该结构光源有较宽的频带宽度和较高的输出功率。得出了该结构光源可以满足高精度惯导级光纤陀螺对光源稳定性要求的结论。     

双程前向结构掺铒光纤光源稳定性的实验研究

为了获得高稳定的光纤陀螺掺铒光纤光源,理论分析了平均波长受温度变化的影响因素,实验研究了双程前向(DPF)结构掺铒光纤光源平均波长温度稳定性。主要通过优化铒纤长度来减小铒纤的本征温度系数对光源稳定性的影响,优化泵浦功率使其引起平均波长的变化达到最小。最终获得了掺铒光纤光源在双程前向结构下的优化铒纤长度12.2m和优化泵浦功率150mW,对比分析了包括优化铒纤长度在内的三个长度下,不同泵浦功率对光源的平均波长、输出功率和谱宽的影响;测量了不同长度铒纤的本征温度系数,获得了平均波长稳定性为-0.452ppm/°C的双程前向光纤光源。     

结构局部应力场全景光弹测量方法研究

针对大型结构局部复杂应力场直观测量的需求,提出了全景光弹测试技术。在经典光弹实验系统中,偏振系统的大小限制了试件尺寸;同时理想光源系统的复杂性降低了实验测量的机动性。由于这两方面的限制导致经典光弹方法在测量大型复杂结构时存在较多的非确定性。为此建立了一个等效偏振系统,通过在试件表面镀制偏振膜的办法将偏振系统依附于试件表面,以解决试件尺寸限制问题。同时放弃了理想光源而采用自然光源,以提高测量的机动性。通过四点弯曲实验来检验本文方法的有效性。结果表明提出的测量技术是有效可靠的。利用本文提出的方法,对实际桥梁中缩尺试件的局部应力场进行了测量,得到了可用于结构模型修正的应力中心线信息。     

半导体制冷器对SLD光源温控参数的影响

针对光纤陀螺用SLD光源与控制电路的匹配需求,探讨了SLD光源的重要光源组件——半导体制冷器对温度控制参数离散化的影响。结果表明,半导体制冷器(TEC)的等效内阻和制冷/加热效率的特性是目前SLD光源温控参数离散的主要原因;在当前温控模式下,TEC等效内阻对温控参数的影响最为显著,其由于工艺或使用条件变化等原因产生的任何微小差异均直接表现为温控参数的改变;TEC的制冷效率和加热效率对温控参数的影响不同,它们在制冷和加热过程分别促进和阻止温控参数的进一步离散。通过改进光源温控模式、加强光源规范管理、增强TEC的一致性,以及改进TEC制冷/加热效率,可大幅提高光源和温控电路的匹配效果。     

宽光谱光源干涉测速技术讨论

简单介绍了国外文献最新报道的两种宽光谱光源干涉测速系统，分析了宽光谱光源干涉测速的基本原理，讨论了宽光谱光源用于面速度干涉仪的问题。     

光纤陀螺用光纤光源的新型自动温度控制

光源良好的平均波长稳定性是保证光纤陀螺标度因子稳定性的重要条件。而光纤光源平均波长的变化主要源于环境温度的变化。为了使光源获得更好的输出特性,需要对光源泵浦温度进行精密控制。文中阐述了一种基于FPGA和MAX1968芯片设计的光纤陀螺用光纤光源泵浦温度自动控制(ATC)技术。控制过程中提出了一种新的控制算法--递进式PID。与传统PID算法相比,递进式PID算法的最大特点是其各个参数可以随外界环境而变化。经试验测定,泵浦的温度稳定性能够稳定在±0.03℃以内,因而泵浦具有很好的平均波长稳定性。     

增益平坦滤波器在掺铒光纤光源中的应用

掺铒光纤光源的输出光谱有两个不对称峰,但光源的应用一般都要求有比较平坦的增益输出。借鉴EDFA的增益平坦技术,简述了几种增益平坦滤波器的工作原理及优缺点,包括电介质薄膜滤光片、光纤光栅滤波器、马赫-曾德尔滤波器、光子晶体光纤光栅滤波器和基于高双折射光纤环形镜的滤波器。指出目前采用长周期光纤光栅和电介质薄膜滤光片作为光纤光源的滤波器是比较适合的选择。最后以电介质薄膜滤光片为例,给出了C波段掺铒光纤光源增益平坦的实验结果,并与滤波前做了对比分析。实验表明,滤波器的加入使光纤光源获得了增益平坦的输出光谱。     

使用滤波器和探测器阵列的光纤陀螺光源平均波长漂移监测

为了提升光纤陀螺在工作温度范围内的标度因数稳定性,提出了一种使用滤波器和探测器阵列对光源光谱平均波长漂移进行实时监测的技术方案。光纤陀螺光源光谱通常为平滑的类高斯函数,理论上可以借助少数采样点在较小的误差范围内计算其积分值,因此可以测量光源几个特定波长处的光强,结合适当的数值积分算法,计算其平均波长漂移。以掺铒光纤光源的左峰(中心波长约1530 nm)为例,分析了滤波器参数以及积分方法对监测精度的影响,结果表明当初级滤波器带宽为5 nm,次级滤波器带宽为1 nm,采用Gauss-Legendre积分法时,计算值与测量值的误差小于0.2×10~(-6)。实时监测结果可用于波长反馈控制或标度因数补偿,进一步提升光纤陀螺的环境适应性。     

闪光照相系统中的光学传递函数及应用

介绍闪光照相系统中光学传递函数(OTF)的概念、组成和调制传递函数(MTF)的测量方法，重点说明了光源调制传递函数用于确定光源尺寸和被照物体特性的方法。     

用在激波管风洞光学测量中的氩离子激光光源

本文报告了用在激波管风洞中光学测量用的,高重复频率短脉冲,A_r~+激光光源的研制结果。把激光调制成一组高频短脉冲的光脉冲组输出,是采用了高频脉冲电流组驱动A_r~+激光器的方法。这台光源用来作为激波管风洞中光学显示仪器(阴影仪、纹影仪)的光源,提高了仪器的灵敏度,同时也是干涉仪用的良好的光源。此外还可用来作为模型自由飞测力和动导数量用的闪光光源。其性能如下。发光器件:A_r~+缴光器; 光谱范围:4880A°、5145A°等六条谱线; 工作频率:1千赫/秒——5千赫/秒;或单次光脉冲输出; 组脉冲宽度:10毫秒左右(易于任意调节); 单脉冲宽度:约5微秒; 光脉冲能量:单个光脉冲光能,足使24°定胶片在φ20mm的面积上感光黑度大于1.0以上。本文报告的电源系统,除了可以驱动离子缴光器以外,还可以用来直接驱动脉冲氙灯、氪灯等光源,其最高重复频率也达5千赫/秒,单脉冲宽度也在微秒的量级。这样就提供了一个大面积高速摄影用的频闪照明光源,其用途就更加广泛了。文中提供了有关光源性能的测试的示波照片,以及在激波管风洞中应用,拍摄的流场显示照片和模型自由飞的轨迹照片共14幅。提供了调制驱动电源的线路设计图和有关电路图。      

用白光光源获得斜率和曲率的干涉法

本文介绍了用白光光源和衍射光栅作为基本光学元件,在滤波光路中获得物面斜率和曲率条纹的实验原理和方法.讨论了该方法的一些基本性质的和特点.