光纤环形谐振腔输入功率波动对谐振式光纤陀螺的影响

谐振式光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的高精度惯性传感器。作为一种互异性噪声,光纤谐振腔输入功率的波动会造成陀螺的检测误差。首先,分析了光纤谐振腔输入功率波动产生噪声的机理。通过对不同输入功率下的谐振腔传输特性和陀螺解调输出的理论及实验分析得到了谐振腔输入功率波动引起的检测误差的表达式。当输入角速度为500（）/s、输入功率为0.69 mW时,0.007 5 mW的功率波动会引起5.26（）/s的检测误差。其次,研究了谐振腔输入功率波动对陀螺标度因数的影响。通过计算发现随着输入功率波动的增大,解调曲线的线性区将会发生扭曲,同时陀螺的标度因数非线性度会恶化,为谐振式光纤陀螺中输入功率波动噪声的估测提供了参考。     

环形谐振腔中结构特征参数的优化设计

利用光纤环形腔半导体激光器(FRSLs)模型,同时考虑到增益介质端面剩余反射率、系统光路的耦合效率和耦合分光比的影响,对FRSLs速率方程进行理论计算,提出优化结构特征参数,调控环形腔损耗、阈值、外量子效率和输出功率的方案。给出了剩余反射率对最大腔增益和增益稳定度的制约关系。此外,从实验上证实阈值电流与分光比倒数的对数满足线性关系。理论分析结果较好地预测了器件的性能。     

高精度光纤陀螺用1550nmPMF耦合器的研制

介绍了一种为适应高精度光纤陀螺而设计制作的传输波长为1550mm的保偏光纤耦合器（PMFC）。比较了1550nmPMFC与单模光纤耦合器（SMFC）在制作工艺上的不同。对“衍射法定轴技术”和“温度稳定性高的封装技术”等关键制作技术进行了详尽的阐述和讨论。并对1550nmPMFC进行了温度循环试验,试验结果良好。     

环形谐振腔光纤陀螺中减小偏振噪声的方法

本文介绍了偏振态的概念，分析了光纤环形谐振腔的谐振特性，并对环形谐振腔光纤陀螺中减小偏振噪声的几种方法进行了探讨。对抑制偏振噪声，进一步改善谐振腔光纤陀螺的性能，提高陀螺的检测精度有一定的指导作用     

激光器线宽对光纤环形谐振腔谐振特性的影响

采用光波场叠加的方法计算了谐振腔光纤陀螺的核心敏感部件———光纤环形谐振腔 (FRR)的传递系数 ,详细分析了激光器光谱线宽对光纤环形谐振腔谐振特性的影响 ,并进一步分析了在一定激光器光谱线宽条件下 ,由光探测器散弹噪声所限制的谐振腔光纤陀螺极限灵敏度和光纤环形谐振腔光路参数之间的关系 ,从而为谐振腔光纤陀螺的优化设计提供了理论基础     

可实现连续激光-脉冲转换的全光纤声光耦合环形谐振腔

研究了光纤声光耦合环形腔独特的谐振特性。结果表明利用光纤声光耦合器的移频与滤波特性 ,可研制成一种全新结构的光纤声光耦合环形谐振腔。从理论和实验上证明了 :基于腔内累积声光移频分量的多光束干涉 ,光纤声光耦合环形谐振腔可将注入的连续激光将转换为脉冲列输出。     

有源波导环形谐振腔滤波特性分析

将掺铒有源波导材料引入环形谐振腔结构，从理论上分析了有源波导环形谐振腔的滤波特性。结果表明由于抽运光提供的增益补偿了腔内损耗，使得环形谐振腔满足临界耦合条件，实现对信号光的最佳陷波，同时发现通过改变抽运光功率，可以对精细度和带宽进行动态调谐。分析了铒离子掺杂浓度、信号光功率以及抽运光耦合系数对最佳陷波抽运功率的影响，为有源波导器件设计制作提供了理论依据。     

全光光纤谐振腔设计

本文给出了全光纤谐振腔的四种腔设计形式,对它们分别进行了理论分析,指出了各自的特点,比较了它们各自的优缺点,为光纤谐振腔的设计提供了理论依据和选择形式。     

谐振式光纤陀螺环形谐振腔的偏振问题

谐振式光纤陀螺(R-FOG)中,偏振波动引起的检测信号漂移对陀螺系统的检测精度有重要影响.通过矩阵法,分析系统中光纤耦合器不同偏振本征态(ESOPs)的耦合系数差异,与所引起的系统零偏的关系,得剑其与两个偏振本征态耦合系数以及光纤环形谐振腔参数间的解析表达式.利用该解析表达式,求解系统零偏为极值时,耦合器不同偏振本征态的最佳耦合系数;该最佳耦合系数仅与光纤环形谐振腔的损耗参数有关.通过Matlab软件进行数值拟合,得到不同偏振本征态耦合系数与系统零偏之间的关系曲线.从理论上建立耦合器耦合系数偏振相关引起的噪声模型.利用该理论模型,对已报道的R-FOG开环实验系统中偏振波动引起的系统零偏进行了估算.     

基于”8”字形光纤谐振环全光纤MZI型梳状滤波器的设计与实验研究

为改善常规全光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型 滤波器的输出特性,提出了由2个2×2光纤耦合 器和1个”8”字形光纤谐振环级联组成全光纤MZI型梳状滤波器的设计方案。根据基本结构 ,应用光纤 传输理论和矩阵理论,得到滤波器输出谱的表达式,对其特性进行数值模拟分析,结果表明 :当耦合器分光 比取一些定值时,可得到输出波形通带平坦、形态近似于方波的梳状谱图,其25dB截止带带宽和0.5dB通 透带带宽明显改善,其值分别为26.2GHz和38.4GHz;器件具有一定的抗偏差能力 降低了制作难度,传输损耗对滤波器消光特性的影响较小。实验结果与理论分析相吻合。     

保偏光纤环形谐振腔研究

报道了一种用于角速度测量的光纤谐振式传感器保偏光纤环形谐振腔的研究,给出了测量的原理、实验装置和实验结果.根据计算和实验结果,对影响系统性能的几个重要光学参数进行了设计和优化.该谐振腔已在传感器系统中得到应用.     

基于频率调制技术的波导型无源环形谐振式陀螺研究

This paper reports the experimental results of silica on a silicon ring resonator in a resonator micro optic gyroscope based on the frequency modulation spectroscopy technique by our research group. The ring resonator is composed of a 4 cm diameter silica waveguide. By testing at D1550 nm, the FSR, FWHM and the depth of resonance are 3122 MHz, 103.07 MHz and 0.8 respectively. By using a polarization controller, the resonance curve under the TM mode can be inhibited. The depth of resonance increased from 0.8 to 0.8913, namely the finesse increase from 30.33 to 33.05. In the experiments, there is an acoustic-optical frequency shifter(AOFS) in each light loop. We lock the lasing frequency at the resonance frequency of the silica waveguide ring resonator for the counterclockwise lightwave; the frequency difference between the driving frequencies of the two AOFS is equivalent to the Sagnac frequency difference caused by gyro rotation. Thus, the gyro output is observed. The slope of the linear fit is about 0.330 m V/(°/s) based on the 900 to 900 k Hz equivalent frequency and the gyro dynamic range is˙2.0 103rad/s.     

集成光学陀螺谐振腔结构参量的确定

为了研究集成光学陀螺灵敏度的优化,采用调频光谱原理与多光束干涉方法,对谐振式集成光学陀螺核心敏感器件的谐振特性、决定因素及其它们对陀螺灵敏度的影响进行了研究,得到了与光纤谐振腔情形不同,耦合比与腔长变化对谐振特性影响具有二重性的结果.结果表明,在给定波导传输损耗的条件下,以陀螺灵敏度为判据,集成光学陀螺存在由波导损耗水平决定的最佳谐振腔结构参量.     

谐振式光纤陀螺闭环锁频系统

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是基于Sagnac 效应产生的谐振频率差来检测旋转角速率的一种新型光学传感器。利用闭环锁频系统可以减小光纤环形谐振腔受温度、应力等外界环境变化的影响,提高陀螺性能。提出了数字与模拟相结合的闭环锁频系统方案设计,克服了模拟锁频电路带来的电路温漂,采用模拟解调技术来降低了对系统A/D 转换器的转换速度的要求,同时无需对复杂数字解调算法的研究。闭环锁频系统应用于陀螺测试系统中,实验测得10 s时间内的锁频精度为2.15 ()/s。     

多程环形腔失调引起的损耗分析

本文对多程环形腔失调引起的损耗进行了分析，导出了单程损耗的表示式，对这类腔的设计和调整有参考意义。     

无源谐振腔激光陀螺实验系统的研制

报道了采用反射型谐振腔结构的无源谐振腔激光陀螺系统。在实验室环境下,取得了漂移稳定性1.7deg/h的性能。指出了引起陀螺漂移的误差因素,并提出进一步改善陀螺测量精度的措施。     

具有振动免疫特性光学谐振腔设计方法研究

窄线宽稳频激光是研制光学原子钟、引力波探测、 光学频率合成器以及低噪声微波源等研究的核心部分,由振动噪声引起的频率噪声已成为实 现具有更窄线宽、更高频率稳定度 激光的主要限制性因素。本文利用Ansys有限元分析的方法,通过优化参考腔的切割深度和 支撑位置以及ULE环的尺寸,使得腔镜在振动作用下保持平行同时腔镜各点均具有较低的振 动敏感度,避免了由于装配误差引起腔长变化的问题。在对光学参考腔几何尺寸优化设计后,对光学谐振腔不同频率处的振动敏感度进行测试及分析,结果表明在最佳支撑位置下空间三轴方向的振动敏感度均可被抑制至 10－10 g－1量级,实验结果和仿真结果相吻合。此方法为振动免 疫结构腔体的设计提供了一种思路,也为进一步实现具有更高频率稳定度、更窄线宽激光奠 定了基础。     

Analysis and design of a high performance and low cost bio-mass sensor based on the radial contour mode disk resonator

A high performance and cost effective biosensor is designed based on a radial contour-mode disk resonator. Filling a dielectric material within the capacitive gap, we can achieve low motional resistance (R_x) in a cost-effective manner. The motional resistance of the new device is characterized analytically and validated using 3D-multiphysics simulation. Compared with other biosensors, the introduced biosensor may detect the smaller mass changes with mass sensitivity of −74.68 μm²/ng (−1617 Hz/ng).     

可用于传感领域的环形谐振腔游标效应的研究

为了验证光纤环形谐振腔的游标效应,对不同长度的光纤环形谐振腔进行了研究。实验研究了长度分别为2.24m和2.52m光纤环形谐振腔透射谱频率的对应关系,当谐振频率相同且自由频谱宽度个数差值为1时,根据差值等分测量原理,以其中一个谐振谱线作为标尺、另一个作为游尺,对标尺的自由频谱宽度九等分,得到游尺的最小测量分度为0.01GHz,这与MATLAB理论仿真结果一致。结果表明,通过改变谐振腔尺寸差,增加自由频谱宽度的等分刻度数,可以提高测量精度;基于微谐振腔对外界环境变化的敏感特性,谐振腔游标效应在高灵敏传感领域将具有潜在的应用。