机械抖动棱镜式激光陀螺出射光强度特性

针对棱镜式激光陀螺在抖动状态下出射光强度被调制的现象, 系统地研究了机械抖动对棱镜式激光陀螺中光传输轨迹和光电探测器的影响机理. 在对现有棱镜式激光陀螺性能进行分析的基础上, 应用数值模拟和有限元分析方法, 将对称型全反射棱镜纳入四棱镜陀螺的结构设计方案, 并给出了由机械抖动引起的应力双折射和光电探测器位置偏移与出射光强度的一般关系. 结果表明, 机械抖动会使棱镜产生应力双折射, 使激光光路发生改变, 同时造成光电探测器与出射光束产生相对位移, 导致出射光强度幅值产生调制. 使用全对称型的陀螺结构, 选取具有合适折射率的对称型棱镜, 减小探测器与出射光斑中心的相对位移, 可以将出射光强度调制幅值相比原先减小52.63%以上, 显著地改善出射光强度被调制的现象. 此分析结果为提高激光陀螺的可靠性提供了重要参考.     

激光陀螺中的光学抖动及其对锁区的影响分析

为了提高激光陀螺的性能,提出利用光学抖动改善陀螺锁区的方法.研究了环形光路中背向散射对锁区的影响,理想状态下可以消除陀螺的零阶锁区.在微扰条件下对光学抖动下陀螺腔内的光路变化进行了分析计算,得到了使陀螺锁区达到最佳改善的理论光学抖动量并进行了实验研究.实验结果表明:光学抖动可以起到类似机械抖动加噪的效果,改善陀螺的零偏稳定性.     

激光陀螺抖动控制电路高精度数字化设计

随着激光陀螺电路系统数字化,小型化的不断发展。传统的机抖激光陀螺模拟偏频系统由于存在体积大,难以进行精确控制的缺点而在使用中受到极大限制。本文设计了一种基于DSP的数字机抖偏频控制系统,提出了数字机抖偏频控制系统原理,实现了一种周期性锯齿波噪声的注入。实验结果表明,数字机抖控制系统工作稳定,激光陀螺测量精度高。     

四频差动激光陀螺中的粒子数脉动效应

为研究激光陀螺精细模耦合作用,考虑了增益介质中的粒子数脉动效应.从激光器物理原理出发,分析了粒子数脉动效应的产生机制,结合四频差动激光陀螺特点,得出粒子数脉动效应是一种精细模耦合效应,不同激光模式间的拍频使增益介质中粒子数布居差产生调制,进而对模耦合产生影响.数值计算了粒子数脉动在耦合效应中的大小.计算结果表明:粒子数脉动效应和其他耦合效应随腔频变化基本一致,在大多数腔频范围内数值较小,为其他耦合效应的4%以下;在某些腔频范围(如0.37＜ξ＜0.46,0.02＜ξ＜0.06,0.86＜ξ＜0.88)有较大数值,为其他耦合效应的80%以上,在激光陀螺的模耦合分析中不可忽略.     

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     

激光陀螺光电探测器光窗的设计

用平面波计算拍频条纹间距时,因激光器中存在衍射效应,且实际光强分布为高斯型,故给光电探测器光窗尺寸计算带来很大误差(40%),导致系统不能正常工作。为此,以高斯光束为基础,利用光电探测器测得2路信号的相位差,通过数值计算得到2束光拍频条纹间距,由此计算得到理想相位差光电探测器的尺寸。最后,用实验验证了该设计方法的可行性,为RLG光电探测器光窗尺寸的设计提供了一种简单准确的方法。     

有限冲击响应滤波器在四频激光陀螺中的应用

针对目前四频差动激光陀螺光学解调方案可靠性和温度特性差的特点,介绍一种基于FPGA的数字拍频解调方案。分析了四频差动激光陀螺数字拍频解调对电路系统的需求,对数字拍频解调的关键部件低通滤波器进行了设计与实现。根据四频差动激光陀螺的特性参数计算滤波器的通带截止频率及阻带截止频率,使用MATLAB的滤波器设计和分析工具FDATool完成了有限冲击响应（FIR）数字滤波器的参数设计,并利用Xilinx公司的FPGA集成开发环境ISE实现FIR数字滤波器的片上系统设计。仿真和实验结果表明,所设计的FIR数字滤波器对四频差动激光陀螺的和频分量衰减达到-66 dB,满足四频差动激光陀螺拍频解调的需求,并有助于实现四频差动激光陀螺的小型化和数字化。     

Investigation of the mode splitting induced by electro-optic birefringence in a vertical-cavity surface-emitting laser by polarized electroluminescence

The mode splitting induced by electro-optic birefringence in a P-I-N InGaAs/GaAs/A1GaAs vertical-cavity surface- emitting laser （VCSEL） has been studied by polarized electroluminescence （EL） at room temperature. The polarized EL spectra with E｜｜[110] and E ｜｜ [150] directions, are extracted for different injected currents. The mode splitting of the two orthogonal polarized modes for a VCSEL device is determined, and its value increases linearly with the increasing injected current due to electro-optic birefringence; This article demonstrates that the polarized EL is a powerful tool to study the mode splitting and polarization anisotropy of a VCSEL device.     

Design and optimization of frequency tunable semiconductor laser used in resonator integrated optic gyro

Frequency tunable semiconductor laser has potential applications in resonator integrated optic gyro (RIOG) for its small size and easy to be integrated. An alternative construction of frequency tunable semiconductor laser with planar waveguide external cavity is proposed in this paper. The frequency tuning section, which is placed between the active section and Bragg grating section, is designed to be one part of the waveguide external cavity. The slab etched grating, based on the silicon-on-isolator ridge waveguide, is adopted to narrow the width of reflectivity spectrum. After the theoretical analysis and simulations, the frequency modulation coefficient of 2.1 MHz/mA is obtained, and the power change is less than 3.6 × 10⁻⁴ dB/1.6 GHz. The proposed configuration combines the advantages of wavelength tunable laser and external cavity laser, and it can realize precision frequency tuning, ignored power fluctuation and narrow linewidth, which contribute much to RIOG.     

零锁区激光陀螺空间异面孔系投影角测量误差分析

针对异面腔零锁区激光陀螺深小孔系测量中准确性和稳定性差的问题,分析了异面腔零锁区激光陀螺深小孔测量中误差产生的原因。建立了倾角误差对空间异面孔系投影角的影响方程,发现空间异面孔系的倾角变化会改变投影角,当倾角为16时,倾角误差会以30%的分量加权到投影角误差中,并采用UG软件进行了仿真验证。采用最小二乘拟合的方法分析了影像测量仪的采点误差对角度的影响,发现了增加测量点数由2点增加到10点,超大采点误差的影响会减少至原来的50%。该方法增加了零锁区激光陀螺测量的稳定性。     

External-cavity birefringence feedback effects of microchip Nd:YAG laser and its application in angle measurement

External-cavity birefringence feedback effects of the microchip Nd:YAG laser are presented. When a birefringence element is placed in the external feedback cavity of the laser, two orthogonally polarized laser beams with a phase difference are output. The phase difference is twice as large as the phase retardation in the external cavity along the two orthogonal directions. The variable extra-cavity birefringence, caused by rotation of the external-cavity birefringence element, results in tunable phase difference between the two orthogonally polarized beams. This means that the roll angle information has been translated to phase difference of two output laser beams. A theoretical analysis based on the Fabry--Perot cavity equivalent model and refractive index ellipsoid is presented, which is in good agreement with the experimental results. This phenomenon has potential applications for roll angle measurement.     

激光沉积修复BT20合金的显微组织和力学性能

针对BT20钛合金锻件当量孔损伤进行激光沉积修复试验,考察了修复试样的组织和力学特点。修复区与基材之间形成了致密冶金结合,Al,Zr,Mo,V合金元素由锻件基体到激光修复区均匀分布,无宏观偏析,硬度分布从基材到修复区依次提高。热影响区组织是由基材的双态组织过渡到网篮组织;修复区组织为粗大的原始柱状晶,晶粒内为/网篮组织,晶内片层取向随机, 宽0.4~0.5 m。修复过程中发现,激光加工工艺参数选择不当、坡度过大等原因会造成修复区组织形成气孔和熔合不良等缺陷,但是通过优化工艺参数可以获得无缺陷修复试样。修复试样的室温静拉伸结果表明,试样的抗拉强度接近锻件基体强度,但修复件的韧性比锻件稍有提高。     

激光沉积修复BT20合金的显微组织和力学性能

针对BT20钛合金锻件当量孔损伤进行激光沉积修复试验,考察了修复试样的组织和力学特点。修复区与基材之间形成了致密冶金结合,Al,Zr,Mo,V合金元素由锻件基体到激光修复区均匀分布,无宏观偏析,硬度分布从基材到修复区依次提高。热影响区组织是由基材的双态组织过渡到网篮组织;修复区组织为粗大的原始柱状β晶,晶粒内为α/β网篮组织,晶内α片层取向随机,宽0.4~0.5μm。修复过程中发现,激光加工工艺参数选择不当、坡度过大等原因会造成修复区组织形成气孔和熔合不良等缺陷,但是通过优化工艺参数可以获得无缺陷修复试样。修复试样的室温静拉伸结果表明,试样的抗拉强度接近锻件基体强度,但修复件的韧性比锻件稍有提高。     

力学边界对透射型光学元件激光破坏阈值的影响

 建立了激光与透射型光学元件相互作用的热弹性力学模型,解析求解了自由、固定以及一种人为边界条件下光学元件热-力学响应的定解问题。研究发现,不同的边界条件对破坏阈值有很大的影响。针对光学元件中热应力的演变情形,设计了一种“最佳”边界,消除了激光作用过程中产生的拉应力,从而使破坏阈值在理论上达到最大值。     

力学边界对透射型光学元件激光破坏阈值的影响

建立了激光与透射型光学元件相互作用的热弹性力学模型,解析求解了自由、固定以及一种人为边界条件下光学元件热-力学响应的定解问题。研究发现,不同的边界条件对破坏阈值有很大的影响。针对光学元件中热应力的演变情形,设计了一种“最佳”边界,消除了激光作用过程中产生的拉应力,从而使破坏阈值在理论上达到最大值。     

激光沉积修复TA15合金的组织和力学性能

采用激光沉积修复方法对TA15槽损伤试样进行了修复试验,考察了修复试样的组织和力学特点,发现激光修复试样组织是由基材的双态组织经由热影响区过渡到修复区的网篮组织。修复区组织为粗大的原始柱状β晶,晶粒内为α/β网篮组织,晶内α片层取向随机,宽0.4～0.5μm。分析了修复区和坡面存在熔合不良缺陷的原因,并给出了纠正措施。修复试样的室温静拉伸结果表明,试样的抗拉强度接近工业锻件水平,表明修复区与基材之间形成了致密冶金结合,但由于修复区粗大柱状晶组织,试样的冲击韧性比基材稍差。     

激光沉积修复TA15合金的组织和力学性能

采用激光沉积修复方法对TA15槽损伤试样进行了修复试验,考察了修复试样的组织和力学特点,发现激光修复试样组织是由基材的双态组织经由热影响区过渡到修复区的网篮组织。修复区组织为粗大的原始柱状晶,晶粒内为/网篮组织,晶内片层取向随机, 宽0.4~0.5 m。分析了修复区和坡面存在熔合不良缺陷的原因,并给出了纠正措施。修复试样的室温静拉伸结果表明,试样的抗拉强度接近工业锻件水平,表明修复区与基材之间形成了致密冶金结合,但由于修复区粗大柱状晶组织,试样的冲击韧性比基材稍差。     

磁场对四频差动激光陀螺光强和零偏的影响

研究了四频差动激光陀螺输出光强和零偏随纵向磁场的变化规律。理论分析表明,当由纵向磁场引起的增益/色散曲线的塞曼分裂等于非互易分裂时,顺时针模式和逆时针模式的光强相等,零偏不随腔长的变化而变化,实验结果与理论分析基本一致。同时还发现顺时针和逆时针模式的光强随磁场线性变化,但变化量较小且易受温度的影响,不适合作为磁场大小的度量。由于沿谐振腔环路的增益和损耗并非处处相同,顺时针和逆时针光束入射到光电管上的量不相等,因此需要对顺时针和逆时针输出光强的放大倍数进行标定,以便进行色散平衡的控制。     

一种新的双偶氮染料掺杂聚合物薄膜的光致双折射及偏振全息的研究

作为一种有可能作为永久信息存储的材料,合成出一种新的双偶氮材料(BA1)。当样品被波长为532nm的光激发时,几乎大部分BA1分子从反-反态转化到顺-顺态,产生了光致双折射。因此,研究了BA1分子掺杂的PMMA薄膜的光致双折射和透过信号与入射光强度的关系。实验结果表明:透过信号强度随着泵浦光的增强而增强。通过偏振态互相平行(SS)和垂直(SP)的两束偏振光用来研究偏振全息存储,结果表明SP光栅形成的衍射信号要比SS光栅的衍射信号强很多。     

激光喷丸改善TC6钛合金组织和力学性能

为了使激光冲击强化技术能较好地应用于TC6钛合金的发动机叶片,对TC6钛合金进行试验研究。通过X射线衍射仪、透射电子显微镜等测试技术分析了不同参数下TC6钛合金的微观组织变化,用显微硬度计和残余应力测试仪分别表征表层硬度和残余应力变化,并测试材料冲击后的振动高周疲劳性能。试验结果表明：激光冲击材料后表面组织得到明显细化,随着冲击次数的增加,先后出现了高密度位错、位错胞、亚晶和纳米晶。性能方面,表面硬度在冲击一次即可提高19%,硬度影响深度达到700 m;与此同时表面残余应力最高达到-608.5 MPa,在500 m深度上仍具有-100 MPa左右的应力存在。经三次冲击后,标准疲劳试片的疲劳极限提高近20%。