利用激光谐振腔测量透明介质薄板的光学均匀性

提出了一种利用激光谐振腔测量透明介质薄板光学均匀性的新方法.该方法将对折射率微差的测量转化为对激光谐振频率的变化进行测量.两种样品的实验对比结果表明,该方法可以实现10－5量级以上灵敏度的光学均匀性测量.最后分析了实验结果的误差及适用的灵敏度测量范围.     

基于光纤色散相位补偿的高分辨率激光频率扫描干涉测量研究

为了实现更高分辨率的激光频率扫描干涉测量, 增大光源的扫频范围以及减小扫描频率的非线性成为关键. 采用外腔式大带宽扫频光源结合光纤辅助干涉仪构建的外部时钟频率采样非线性校正是目前较为常用的方法. 本研究发现随着扫频带宽和测量范围的增加, 光纤辅助干涉仪与测量光路中存在的色散失配导致频谱出现严重展宽, 极大的降低了测量的分辨率. 本文建立了辅助干涉仪和测量干涉仪色散失配影响的理论模型, 利用该模型分析了扫频带宽和测量范围与测量分辨率的变化关系, 与实验结果相一致, 并进而提出了基于峰值演化消畸变的色散相位补偿方法, 有效地提高了测量的分辨率, 在2.53 m 处实现了接近理论值的64.5 μm的测量分辨率. 该色散失配模型及补偿方法为提高大尺寸激光频率扫描干涉仪的测量分辨率及测距范围提供了参考.     

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.     

激光陀螺捷联惯导垂向通道测量研究

在参考国外相关垂向通道测量方法的基础上,提出了垂向速度和升沉位移的测量方法。分析了舰船在海平面上的运动特性,设计了关于高度通道的三阶阻尼网络。假设航行在海平面上舰船的高度为零,对阻尼网络引入外部零高度进行阻尼,得到舰船运动的垂向速度,对速度进行高通滤波,积分高通滤波后的高频速度,得到舰船的垂向位移。在此基础上,利用杆臂效应原理,设计了基于双轴摇摆台的升沉测量检测方法,对激光陀螺捷联惯导做了检测实验,结果表明此设计方法已达到国外相关技术先进水平。     

激光陀螺读出信号高速采集系统

介绍了激光陀螺（RLG）读出信号高速采集系统的设计和实现方案。该系统包括板卡和相应的应用软件,提供两路最高60MHz采样频率、14位精度的数据采集通道,能够同时对RLG两路光强拍频信号进行高速高精度数据采集,为RLG特性分析提供重要依据。该系统通过上位机软件控制板卡的工作状态、设置和切换采样模式。板卡利用FPGA接收计算机指令并协调控制模数转换器、SDRAM和USB接口芯片,完成RLG输出拍频信号的采集、缓存和传输。FP—GA设计中结合了硬件逻辑高速灵活的优点和NIOSⅡ软核处理器在控制方面的优势。SDRAM完成海量数据缓存,USB接口芯片工作在SlaveFIFO模式下,实现板卡与计算机的通信。实验证明该系统工作稳定,在RLG测试和性能分析中具有很好的实用性。     

谐振式集成光学陀螺解调特性分析

基于激光器频率谱检测技术,沿着光的传输方向分析了光波在谐振式集成光学陀螺系统中的传播,结合输入信号特征,建立频域内的数学模型,通过数值仿真和实验得到了调频检测系统下的解调曲线。按照光的传输方向：激光器、声光晶体移频器、光波导环形谐振器、探测器,利用贝塞尔函数展开和光场耦合模理论分析了谐振式集成光学陀螺解调特性,及其调频调制检测系统解调输出信号与谐振频率偏差之间的关系。通过数值计算,分析了解调曲线的变化规律,得到了施加在激光器压电陶瓷驱动器上调制波形的最佳调制系数。在实验上搭建了激光器频率调制解调技术系统,得到了解调曲线。数值仿真和实验结果表明,当调制系数M=2时,线性工作区间斜率最大,解调曲线最好。实测形状与理论分析结果相符,从解调信号得到±2×10³ rad/s的陀螺动态范围。     

用于集成光学陀螺的波导谐振腔设计

给出了一种集成光学陀螺谐振腔的优化设计方案,在保证集成光学陀螺精度的同时更利于微型化。选用传输损耗为0.01dB/cm的硅基二氧化硅材料作基底,谐振腔内损耗仅为0.5dB,保证了谐振腔的高清晰度;采用准单模矩形波导结构,利用弯曲波导对一阶模的有效限制实现了光的基模传输,利于谐振腔的小型化;分析了波导的传输损耗、波导耦合器分光比对谐振腔性能及陀螺极限灵敏度的影响,得出波导耦合器分光比的优化参数,并仿真得到谐振腔的谐振清晰度达到70以上。在激光器线宽为30kHz,探测器响应度0.95A/W,积分时间为10s的条件下,系统的极限灵敏度为1.6°/h。     

激光陀螺抖动偏频优化研究

基于频率调制理论,分析、仿真计算了正弦抖动偏频和优化后的正弦抖动偏频条件下,激光陀螺输入-输出曲线的特点.结果表明：正弦抖动偏频时激光陀螺的输入-输出曲线在抖动频率的倍频点处存在着动态锁区,其宽度与激光陀螺静态锁区、抖动角振幅有关.采用优化后的正弦抖动偏频可以很好地克服动态锁区,大大提高激光陀螺输入-输出曲线的线性度.试验对比了正弦抖动偏频和优化后的正弦抖动偏频条件下激光陀螺的输出性能.试验结果表明：采用优化后的正弦抖动偏频显著提高了陀螺准确度.     

激光陀螺新型槽片

根据激光陀螺的使用要求,针对传统槽片在结构和材质上给加工和陀螺性能所带来的不利因素,设计一种集微晶玻璃和熔石英玻璃的优点于一体的新型槽片结构。其基体采用与陀螺腔体材料相同的底膨胀系数的微晶玻璃,反射片采用抛光表面特性很好的熔石英玻璃,通过光胶接合组成一个完整的新型槽片。并针对新的槽片结构提出了与之相应的陀螺腔体贴片面加工方案,使其既能配合新结构的槽片又不增加腔体的制造难度。同时还提出和实现了在加工中采取球面部件与槽片基体分开加工的方式,使得新结构槽片不仅解决了长期困扰陀螺制造行业的因石英槽片易漏氦而引起的陀螺存储寿命相对较短的问题,同时还降低了球面基片超光滑表面加工难度和加工成本。     

半导体泵浦固体激光陀螺的研究进展

本文对半导体泵浦固体激光陀螺近年来研究进展作了分析和评述，表明半导体泵浦固体激光陀螺是一种全新可行的激光陀螺方案。     

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.     

激光陀螺噪音特性试验研究

给出了激光陀螺噪音分析方法及噪音模型,据此模型比较研究了四种激光陀螺在不同解调方案下噪音组成分量之间的关系;理论分析了激光陀螺噪音分量的特性和引起该噪音分量的因素,给出了典型的试验数据和曲线.研究结果表明,该模型不但可以用于对激光陀螺的随机游走系数的估计.而且,该模型的其他系数可以用于研究陀螺的量化和解调误差,也能用于评估陀螺输出的速率噪音.     

随机噪音对LG输出特性的影响

利用均值计算了随机噪音对陀螺输出的影响.结果表明：随机噪音激励强度越大,均值与理想值偏差越小;但随机过程的分散性变大,输出信号变宽.依靠调幅加噪的方法给陀螺进行加噪,并按照特定的测试装置图对全反射棱镜式激光陀螺（TRPLG）的静态功能进行了检测,最终找到了TRP激光陀螺的最佳加噪噪音强度值.     

A Microcomputer System for Automatic Mode Sweep of Ring Laser Angular Rate Sensor (Ring Laser Gyro)

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅＲｉｎｇＬａｓｅｒＡｎｇｕｌａｒＲａｔｅＳｅｎｓｏｒ（ＲｉｎｇＬａｓｅｒＧｙｒｏＲＬＧ）ｗａｓｄｅｆｉｎｅｄａｓａｔｙｐｅｏｆａｃｔｉｖｅｒｅｓｏｎａｔｏｒｇｙｒｏ．ＨｅｒｃｏｎｃｅｉｖｅｄｔｈｅＲＬＧｉｎ１９６１［１...     

基于激光陀螺的舰船姿态信息测量系统

设计了舰船姿态信息测量系统，主要用于舰载惯性导航系统试验测试。在分析系统测试原理的基础上进行总体技术方案构建，对惯性测量单元、旋转调制系统和温度控制系统进行了重点设计，完成了导航解算方案和姿态误差仿真试验。试验结果表明，所设计的各部分工作正常，满足系统的总体要求。为将来实施舰栽惯性导航装备试验打下良好基础。     

A Microcomputer System for Automatic Mode Sweep of Ring Laser Angular Rate Sensor(Ring Laser Gyro)

On the basis of analysis and principles of the operational modes and mode sweep of a ring laser, a microcomputer system for automatic mode sweep of ring laser angular rate sensor is presented. A 0～300 V continuous adjusted power supply system for PZT used to accurately adjust the cavity lens of the ring laser also is described in the paper. The test result shows that the microcomputer system could solve the problem of automatic mode sweep of ring laser successfully.     

腔内低气压对激光陀螺光路变动及其损耗的影响

激光陀螺光路稳定性决定着陀螺的性能,而谐振腔内外压差是影响陀螺光路稳定性重要因素之一.为了研究腔内低气压对激光陀螺光路变动及其损耗的影响,采用ANSYS仿真软件对激光陀螺在腔内低气压状态下反射镜的微小形变进行了仿真计算,结果表明:低气压状态下,反射镜的中心发生最大形变,其中球面镜最大形变量为545nm,平面镜最大形变量为31nm,这不仅引起光路偏离光阑中心390nm,同时引起球面镜曲率变化174mm.进一步从理论上分析了这种变化对光路变形和谐振腔损耗的影响,结果表明:上述变化综合引起谐振腔损耗变化2%~3%,其中球面镜曲率半径的变化是引起损耗变化的主要原因,增加球面镜槽深或降低腔内外压差都能有效减小这种光路的变化.通过搭建光路测试系统,进一步验证了计算结果的正确性.     

圆镜共焦腔激光横模的传输矩阵法模拟和分析

共焦腔是一般稳定腔的特例,由于等价性,共焦腔中自再现模的振幅分布、损耗和光斑尺寸常常被用于讨论一般稳定腔。为了分析具有大菲涅尔数的圆镜共焦腔,本文利用传输矩阵方法对腔模进行计算和讨论。研究结果表明:传输矩阵方法的结果与Fox-Li积分迭代法的结果一致,并且传输矩阵方法实用于大菲涅尔数共焦腔。     

激光高阶横模的相对相位判定与锁定

本文通过理论计算与数值模拟,提出了不同阶数的高阶模式间相对相位的判定与锁定方法。在像平面对两束光的干涉光斑进行空间取样,计算其干涉光强随相对相位的变化,并在此基础上提出了判定与锁定两束不同阶厄米高斯光束HGmn以及不同阶拉盖尔高斯光束LGpl相对位相的方案,并对厄米高斯光束相位判定与锁定进行了实验验证。