去偏光纤陀螺轴向磁场问题的理论研究

运用琼斯矩阵，对去偏光纤陀螺轴向磁场灵敏度进行研究.基于单色光分析了轴向磁场产生的法拉第非互易相位差的机理，理论推导了实际的非互易相位差，给出仿真结果、分析结果和实验结果，并提出减小轴向磁场作用下的Faraday非互易相位差的主要方法是使得两个消偏器的45°误差之和(θ3+θ4)→0.     

保偏光纤干涉型陀螺的磁场误差分析与抑制方法

基于保偏光纤的琼斯矩阵,建立了保偏光纤线圈的Faraday非互易相移模型,利用该模型进行计算发现:线圈保偏光纤的慢轴与快轴的Faraday非互易相移大小近似相等,但符号相反。并进一步提出了偏振环行干涉型保偏光纤陀螺(PCPM-IFOG),它能使顺时针(CW)和逆时针(CCW)光在保偏光纤线圈中沿慢和快轴分别传输一次,因此顺时针和逆时针光总的Faraday非互易相移等于0,实现了Faraday非互易相移的完全抑制。500m保偏光纤线圈的偏振环行干涉型保偏光纤陀螺的实验结果显示其输出与地球磁场无关,而对于相同传感线圈的干涉型保偏光纤陀螺,当磁场方角发生变化时,陀螺有约±0.3°/h的Faraday零偏漂移。     

光纤陀螺消偏结构与偏振度关系的研究

利用在光源出端加单段保偏光纤和在消偏器后端加Loyt消偏器,可以使进入光纤线圈的光的偏振度降到10－3数量级,降低了因外界因素对线圈中光偏振态的影响而产生的光纤陀螺偏振误差.并用琼斯矩阵计算的方法,分析了光路中四个胶合角与偏振度的关系及每个角度的取值范围.最后探讨了工艺上胶合角度测量与实现.     

异面腔四频差动激光陀螺的色散平衡

为了减小异面腔四频差动激光陀螺(DLG)腔长变动导致的零漂,对DLG的色散平衡进行了研究.利用气体激光的经典理论,推导了DLG零偏与工作点和轴向磁场的函数关系,给出了色散平衡的理论证明.利用在DLG增益管上缠绕通电线圈,给增益介质施加大小可控的轴向磁场,通过驱动腔平移镜上的压电换能器调节腔长来改变工作点,做出了零偏随腔长和线圈电流的变化曲线.结果表明,零偏对腔长变化的灵敏度是轴向磁场的函数,当增益曲线的塞曼分裂量等于非互易分裂量时零偏对腔长变动不敏感.色散平衡技术减小了腔变动对DLG的影响,有利于提高DLG精度.     

光纤陀螺磁温耦合效应

提出了磁场和温度场共同作用下光纤陀螺产生磁温耦合效应的理论,建立了相应的数学模型,并对该模型进行仿真分析和实验验证.理论、仿真和实验结果表明,光纤陀螺产生的磁温交叉耦合度来自于磁场产生的非互易圆双折射、不同温度下光纤环上热应力导致的双折射、光纤固有双折射、弯曲双折射等的相互作用.在20℃~60℃的范围内,保偏光纤直径为250μm,拍长为3mm,光纤长度为1 600m,光纤扭转率为1rad/m,光源波长为1 550nm,1 mT径向磁场产生的磁温交叉耦合度的最大值为6.796%.     

双光程光纤陀螺的温度致非互易性研究(英文)

为了提高陀螺的精度,提出了一种新型双光程光纤陀螺.在光纤环两端各连接一个偏振分束器,使得偏振光依次沿保偏光纤的快轴、慢轴传输两圈,其有效光程加倍,进而实现陀螺的Sagnac效应加倍.针对该光纤陀螺在温度场扰动下的非互易问题,分析了其特殊结构带来的温度致非互易误差,利用有限元分析法建立了相应的Shupe误差模型,并对光纤环90°熔点位置、光纤环折射率温度系数改变对Shupe误差影响进行了相应的理论计算与仿真分析,结果表明90°熔点置于光纤环中点或者选用折射率温度系数满足特定条件的光纤环可减小其Shupe误差.     

对轴误差对光纤陀螺输出的影响

理论分析并试验研究了Y波导保偏尾纤与保偏光纤线圈之间熔接点的对轴误差对光纤陀螺输出的影响.根据简化的光纤陀螺光路误差模型,对光纤陀螺的输出相位误差与光路中主要耦合点的对轴误差的关系进行了理论推导和仿真分析,并利用一个实际的闭环光纤陀螺试验研究了主要熔接点的对轴误差变化对光纤陀螺零偏和零偏稳定性的影响.结果表明,Y波导保偏尾纤与保偏光纤线圈之间的对轴误差是引起光纤陀螺输出误差的重要因素,必须尽量减小.     

基于偏振稳定双波长保偏光纤光栅激光器的可调谐微波/毫米波产生技术

首次提出了一种基于偏振稳定双波长保偏光纤光栅激光器的可调谐微波/毫米波产生技术, 利用保偏光纤光栅选频产生两个偏振稳定的激光信号, 采用扰偏器确保激光输出的两个正交偏振态功率的一致性, 最后输入高速光电探测器产生微波/毫米波. 通过对保偏光纤光栅施加不同大小的侧向应力, 可以灵活调谐输出的毫米波频率. 实验制作了基于偏振稳定双波长保偏光纤光栅激光器的可调 谐微波/毫米波产生装置, 通过对保偏光纤光栅施加不同的轴向拉力分别产生了20.407 和22.050 GHz的微波信号. 仿真产生了60 GHz的毫米波信号, 并分析该毫米波在光纤无线通信下行链路的传输性能, 结果表明该毫米波作为副载波调制到光波上从中心站传输80 km至基站后经天线发射至用户端, 解调后仍然得到很好的眼图, 充分证明了本方案的优越传输性能.     

保偏光纤陀螺横向磁场误差的温度依赖性

针对无骨架光纤环的保偏光纤陀螺中横向磁场误差的温度依赖性研究发现,保偏光纤线双折射以及Verdet常数固有的温度依赖性可以导致横向磁场误差随着温度变化而变化。利用琼斯矩阵方法推导了保偏光纤陀螺横向磁场误差与温度的关系,并进行了实验验证。实验结果表明,对于长度为1km,半径为6cm,光纤线双折射为2027rad·m-1,最大扭转率为0.382rad·m-1的无骨架光纤环,在1mT横向磁场以及-40~60℃温度场作用下,光纤陀螺的横向磁场误差由26.51(°)·h-1增加到30.43(°)·h-1。     

偏振串扰对光纤陀螺零漂及随机游走影响的研究

针对保偏光纤陀螺静态参数受光路偏振串扰误差的影响而使陀螺精度受到制约的问题,从实际应用的角度,研究了保偏光纤陀螺光路中由于各光学器件不理想和熔接点对轴角度误差等因素引起偏振串扰误差的机制。基于琼斯矩阵和相干矩阵,并引入随温度变化的保偏光纤双折射变量,建立了变温环境下保偏光纤陀螺的光路传输模型,对变温环境下偏振串扰误差对保偏光纤陀螺零漂和随机游走的影响进行了理论分析和估算。同时开展了变温环境下光纤环偏振串扰对其静态参数影响的相关实验。实验结果与模型分析结果基本一致,表明该模型是合理的。