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。     

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.     

谐振式光纤陀螺背向散射噪声抑制研究

背向散射噪声是谐振式光纤陀螺的主要噪声之一。基于载波抑制法降低背向散射噪声的原理,建立了温度和电压对陀螺零偏影响的数学模型,理论证明此方法受温度影响较大且对电路要求较高。提出了三频差动谐振式光纤陀螺新方案,该方案通过谐振腔内运行三束频率间隔较大的光波来抑制背向散射噪声。与传统二频闭环陀螺进行了对比试验,结果表明:新方案能有效地降低陀螺噪声,最大陀螺零偏和零偏稳定性改善约4倍。     

激光陀螺中背向散射的研究

为了研究谐振腔形状变化对激光陀螺中背向散射的影响,基于矢量叠加理论,分析了激光陀螺背向散射源及其对总的背向散射的影响.根据背向散射对顺逆时针光的耦合作用,推导出了总的背向散射系数与顺逆时针旋转光光强的关系式.基于这一关系,设计实验,通过施加电压使谐振腔反射镜到不同位置来改变光腔形状变化,同时测量光强交流量的振幅,得到了总的背向散射系数的变化曲线.通过与仿真结果对比,验证了背向散射的矢量叠加理论.     

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.     

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。     

谐振式光子带隙光纤陀螺一体化方案

实现了使用光子带隙光纤的一体化谐振式光纤陀螺方案,设计并制作了谐振腔中基于微光学结构的耦合器。实验测得制作的谐振腔清晰度为3.7。搭建了基于该谐振腔的陀螺系统,并对其主、次偏振态的谐振曲线进行了实际测量。实验结果测得该系统60 s零漂为2.45 ()/s,及1 h长期稳定性为7.11 ()/s。同时,实现了对应陀螺输出50 ()/s（积分时间10 s）及100 ()/s（积分时间10 s）的模拟转速实验,验证了该陀螺系统的Sagnac效应。分析得到耦合损耗是影响该陀螺系统性能的主要因素。验证了该谐振腔结构具有应用于陀螺系统的可行性,为谐振式光纤陀螺性能进一步提高提供了参考。     

谐振式光子带隙光纤陀螺一体化方案（英文）

实现了使用光子带隙光纤的一体化谐振式光纤陀螺方案,设计并制作了谐振腔中基于微光学结构的耦合器。实验测得制作的谐振腔清晰度为3.7。搭建了基于该谐振腔的陀螺系统,并对其主、次偏振态的谐振曲线进行了实际测量。实验结果测得该系统60s零漂为2.45(°)/s,及1h长期稳定性为7.11(°)/s。同时,实现了对应陀螺输出±50(°)/s(积分时间10s)及±100(°)/s(积分时间10s)的模拟转速实验,验证了该陀螺系统的Sagnac效应。分析得到耦合损耗是影响该陀螺系统性能的主要因素。验证了该谐振腔结构具有应用于陀螺系统的可行性,为谐振式光纤陀螺性能进一步提高提供了参考。     

不同相位调制波形对背向散射噪声的抑制

谐振式光纤陀螺系统中,背向散射噪声成为制约其系统精度的重要因素之一.对陀螺双路系统其中一路光波信号进行研究,利用相位调制频谱展开及光场叠加的方法,对光纤环形谐振腔输出光场进行理论分析.理论上载波分量的出现会在系统中引入背向散射噪声,因此仿真分析引入载波分量的幅度,得到采用三角波调制比正弦波更有利于抑制载波分量.以抑制载波分量为目标,搭建自外差载波抑制测试平台,对相位调制器施加三角波与正弦波两种波形调制,得到采用三角波调制时载波抑制比最高可达64.3dB,比正弦波调制时高出6dB,与理论分析相符;在陀螺系统应用中,采用三角波调制时陀螺输出信号载波抑制程度更大,波动更小,更加稳定.     

集成光波导陀螺双光路三角波调相谱脉冲噪声特性

基于三角波调相谱技术的谐振式集成光波导陀螺(RIOG)信号检测,光波相位调制引入的频谱分量所带来的光学噪声成为限制陀螺性能提升的主要因素。结合光波在三角波相位调制下的频率变化特性和波导谐振腔的光传输特性,给出了三角波调制下的同步解调信息;依据三角波调制下对背向散射噪声抑制的幅度调制参数和系统最大灵敏度工作点的频率调制参数,结合多光场叠加原理,理论仿真分析了谐振谱不同谐振区的输出脉冲噪声,这种脉冲噪声将对工作于不同调制频率下顺逆时针传输光波的信号采集区带来干扰;搭建了基于二氧化硅波导环形谐振腔的陀螺实验系统,分别测试了激光扫描下谐振腔不同谐振区的脉冲噪声和激光频率锁定在谐振腔谐振点时的脉冲噪声,与理论分析一致。分析结果表明,RIOG采用的三角波调相谱信号检测技术存在无法克服的脉冲噪声,针对不同要求的RIOG,给出了相应的调制技术方案,这为RIOG的工程化和性能优化提供了技术参考。