光纤弯曲对干涉式光纤陀螺性能的影响

为研究光纤弯曲对干涉式光纤陀螺性能的影响,选取常用的单模光纤、保偏光纤、光子晶体光纤及保偏光子晶体光纤为研究对象,建立了光纤弯曲与光纤陀螺性能的相关理论模型。以高精度光纤陀螺应用为背景,选取掺铒超荧光光纤光源,改变光纤弯曲半径,测出了经过光纤样品后的光功率、平均波长、光谱宽度的变化和平均波长波动,在此基础上分析了弯曲半径对光纤陀螺标度因数和随机游走系数的影响。理论分析和实验结果表明,采用光子晶体光纤时,光纤弯曲对光纤陀螺性能几乎没有影响,采用其他光纤时,需要严格控制光路中的光纤弯曲半径。     

高精度干涉式光纤陀螺热漂移分析

为了改进干涉式光纤陀螺的测量精度和温度性能,建立了该仪器输出偏置的解析模型。通过把光纤双折射这一从未被考察过的相位微扰与其它已知误差源进行线性叠加,该模型首次显式地把陀螺性能直接与光纤的力学、光学、热学和几何参数联系起来。利用该模型对常用于10-3 deg/h精度量级光纤陀螺的64层四极对称环圈进行计算,结果表明,保偏光纤所固有的高双折射及其温度涨落对陀螺输出偏置及其热漂移的影响分别在10-3 deg/h和10-2 deg/h量级,而过去研究较多的单模光纤中的舒普效应和热致光弹效应的影响分别在10-4 deg/h和10-3 deg/h量级。该模型表明保偏光纤所固有的高应力双折射是干涉式光纤陀螺的主要误差源,同时较为完备地描述了光纤陀螺中源于光纤性能的误差,也解释了该误差对光纤双折射的非线性依赖。     

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。     

干涉式光纤陀螺光路系统的物理模型

光路系统的偏振误差极大地制约着光纤陀螺精度的提高。利用相干矩阵和琼斯矩阵对光纤陀螺中光学器件和熔接点的光学参数进行描述,建立了干涉式光纤陀螺光路系统的物理模型。与之前相关文献报道相比,该模型所表达的光路系统更加接近于工程实际。在此基础上,提出一种分析光学器件和熔接点缺陷,以及光路损耗对光纤陀螺偏振误差影响的新方法。该方法可以有效地分析光路系统缺陷对零偏和标度因数的影响,在工程上可作为评价干涉式光纤陀螺光路系统性能的一个途径。     

干涉式光纤陀螺光路偏振特性的理论分析

首次采用琼斯矩阵建立了消偏型干涉式光纤陀螺完整光路传输系统的数学模型。在此基础上进行了光路偏振特性的理论分析,讨论了各器件的性能对陀螺偏振噪声的影响,分析了光纤消偏器的消偏作用。通过分析计算,得到了消偏型干涉式光纤陀螺的最大偏振误差表达式。在不同精度级别的消偏型光纤陀螺中,计算出了光纤消偏器应该达到的精度要求,为今后减小零漂打下了理论基础。     

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。     

卫星用光纤陀螺中抗辐射光纤的研究

介绍了光纤陀螺空间应用的优势及影响因素，提出了研究抗辐射光纤的防辐射加固方案。通过实验，证明了光纤的辐照效应，并提出了抗辐射光纤制备中的技术参考。     

一种新型外差光纤陀螺

本文提出了一种采用电光移频器和高双折射光纤构成的新型外差检测方式的光纤陀螺方案。它既能改善通常外差光纤陀螺中存在的光路非互易性且无需使用声光器件,又能避免采用高双折射光纤的直接检测光纤陀螺中电子线路直流漂移的影响。初步实验的结果显示出该系统具有良好的定标因子线性度。     

光纤陀螺中的多功能集成光学芯片

介绍了多功能集成光学芯片在光纤陀螺中的应用。在光纤陀螺中采用了多功能集成光学芯片后 ,可以大大简化光纤陀螺系统的结构 ,缩小光纤陀螺的体积。光纤陀螺中的一些器件如相位调制器和光学开关、消光器甚至光波导谐振腔都可以集成在一个多功能集成光学芯片上。这样可以提高光纤陀螺的性能 ,增加其稳定性和可靠性 ,在某些特殊的设计中还可以对陀螺系统的误差进行补偿。     

谐振腔光纤陀螺光纤谐振环特性研究

对有限光源线宽情况下反射式光纤谐振环的响应特性进行了研究,得到了光纤谐振环各谐振特性参量的表示式.分析了特性参量与光源线宽和耦合器特性的关系,结合对方波调制谐振腔光纤陀螺极限灵敏度的分析,给出了设计高灵敏度谐振腔光纤陀螺光纤谐振环的要求和原则.进行了谐振腔光纤陀螺用光纤谐振环的实验研究,制作了适用于谐振腔光纤陀螺的高精细度和高谐振深度光纤谐振环.     

单光纤光纤陀螺误差分析

单光纤光纤陀螺采用的是单光纤在线制作技术。由于这种方法是把所有的光器件都放在一根光纤上制作,因此各光器件的连接处没有融接点,并且光器件的性能可在线控制。在分析其结构的基础上建立了开环FOG的光学模型,并进行了误差分析。指出了单光纤光纤陀螺方案是低成本、高可靠性、易于工程化的一种方案。     

光纤陀螺演示仪

介绍了光纤陀螺仪的工作原理及设计要求,根据教学实际,设计了光纤陀螺演示仪。     

光纤陀螺惯导系统航位推算误差补偿方法研究

 针对惯导系统定位误差随时间积累而增大的缺点,提出利用航位推算方法进行误差补偿。在航位推算中根据引起误差的主要因素推导出位置误差方程,以此方程为依据,建立相应的卡尔曼滤波器。将惯导系统速度与航位推算速度之差作为滤波器的输入,估计系统的姿态、速度、位置及里程计刻度系数误差值,并通过闭环反馈进行实时误差补偿修正。任选2条非闭合路径进行跑车实验,第一条路径定位误差补偿修正前是3.49‰,补偿修正后定位误差是2.3‰,第二条路径补偿修正前定位误差是2.4‰,补偿修正后定位误差是2‰。实验结果表明：采用航位推算误差补偿方法可以有效降低系统定位误差。     

Real-time positioning technology of train based on optical fiber coherent Rayleigh backscattering北大核心CSCD

With the rapid growth of railway mileage in China, the degree of heavy load of railway wagons continues to increase. An interference technology based on Rayleigh backscattering signal in optical fiber was proposed by using existing communication optical cables along railway lines. When the fiber vibrated slightly, the phase and refractive index of the fiber at disturbed position changed, which resulting in the Rayleigh backscattering light. By performing differential calculation on the Rayleigh signal curves before and after the operation, the location of the interference light intensity signal corresponded to the location of the disturbances was obtained. Based on this method, the recognition and positioning of railway vehicles were realized. By collecting and analyzing the time-domain and frequency-domain signal, the signal strength, train length, the number of carriages and other characteristics were extracted, and the model of railway vehicles were accurately recognized. Compared with traditional positioning technologies, this technology could realize long-distance monitoring, and the sensing fiber was buried underground on both sides of the railway, which was conducive to the concealment and protection of optical fiber. Experimental results show that the positioning error of the system is within ±10 m, and the detection of railway speed and position within 25 km can be realized. © 2022 Editorial office of Journal of Applied Optics. All rights reserved.     

高分辨率光纤应变传感技术的研究

介绍光纤应变传感器中光纤端面反射镜的制作方法,镀膜光纤的连接技术和构成不对称光纤法布里－珀罗干涉腔的方法。应用低反射率不对称光纤法布里－ 珀罗干涉腔与光纤连接构成的光纤应变传感器,以提高分辨率;重点导出此干涉腔反射光与应变的数学模型,论述其工作原理和测量方法,通过实验证明文中所述应变传感原理和测量方法是正确的,其分辨率优于０－００６８με。     

Effect of radiation-induced color centers absorption in optical fibers on fiber optic gyroscope for space application

The effects of color centers' absorption on fibers and interferometric fiber optical gyroscopes(IFOGs) are studied in the paper. The irradiation induced attenuation(RIA) spectra of three types of polarization-maintaining fibers(PMFs), i.e.,P-doped, Ge-doped, and pure silica, irradiated at 100 Gy and 1000 Gy are measured in a wavelength range from 1100 nm to1600 nm and decomposed according to the Gaussian model. The relationship of the color centers absorption intensity with radiation dose is investigated based on a power model. Furthermore, the effects of all color centers' absorption on RIA and mean wavelength shifts(MWS) at 1300 nm and 1550 nm are discussed respectively. Finally, the random walk coefficient(RWC) degradation induced from RIA and the scale factor error induced by MWS of the IFOG are simulated and tested at a wavelength of 1300 nm. This research will contribute to the applications of the fibers in radiation environments.     

土壤温度对光纤预警系统中振动信号的影响

开展了光纤预警系统在实时监控振动信号时受到土壤温度影响的理论分析和实验研究。以基于后向瑞利散射的分布式光纤传感系统为基础,土壤振动分析采用弹性半空间理论,并与光纤传感理论相结合,解释了温度对光纤预警系统中土壤振动信号的影响,建立并分析了理论模型。通过对1.2km光纤预警系统的现场实验,采集了在温度改变时土壤振动信号的变化。实验表明,土壤振动信号的峰值光功率随温度上升增大,说明了光纤预警系统中的振动信号会受土壤环境的影响。     

双环形腔并联瑞利后向散射式光纤陀螺

基于单环后向瑞利散射式光纤陀螺原理,提出了一种双环形腔并联的瑞利后向散射式光纤陀螺仪新结构.利用两个2×2单模光纤耦合器,建立了并联双环形腔瑞利后向散射式光纤陀螺仪的理论模型,给出了信号表达式.利用优化的环长和分光比两结构参量,分析了瑞利后向散射式光纤陀螺仪信号的输出特性.选择双环的长度分别为1500 m和1078 m,2×2光纤耦合器的耦合系数分别为95.23%和94.88%构建了测试系统,用光时域反射计(OTDR)对不同转速所探测到的后向瑞利散射信号进行测量,验证了这种新结构的可行性.同单环后向瑞利散射式光纤陀螺仪相比,双环的采用,增加了测试的有效数据,使其更有利于识别,提高了测量转速的精度.     

光纤激光陀螺系统的优化设计

分析研究了光纤激光陀螺系统的工作原理和基本构成,根据系统中各器件的性能指标对光纤激光陀螺的基本结构、性能参数进行了计算机模拟优化设计。采用双向激射双向输出结构保证光路的互易性。利用光纤环形器、掺铒光纤和光纤Bragg光栅实现滤模、选模和压缩线宽功能。针对其输出信号特点,提出利用偏振分束的方式判断陀螺工作转动方向,并最终计算陀螺转动角速度的信号处理方案。     

光源偏振度对光纤陀螺零漂影响的研究

以Y波导集成光学调制器保偏型干涉式光纤陀螺作为研究对象,根据各光学元器件的参数建立了各器件的琼斯矩阵以及光路传输模型,在此基础上进行了光路偏振误差的理论分析。通过推导,得到了保偏型干涉式光纤陀螺的偏振误差表达式,并首次分析了光源偏振度对光纤陀螺零漂的影响。借助光源尾纤输出的光谱,对由0%~3%之间呈线性变化的偏振度以及对经实验测试的光源偏振度的实际值引起的偏振模式耦合误差的零漂值进行了仿真计算。结果表明,当光路中其它参数不变时,由光源偏振度变化引起的零漂值为0.001°/h,满足了高精度光纤陀螺的精度要求。