谐振式光纤陀螺调相检测分析

谐振式光纤陀螺（R—FOG）是新一代惯性旋转传感器的代表。在陀螺系统中，信号检测系统占有非常重要的地位，其检测精度的大小直接影响陀螺的分辨率，而解调曲线的优化能够进一步提高检测系统的灵敏度。利用贝塞尔函数展开和光波场叠加的方法分析了谐振式光纤陀螺调相检测系统解调输出信号与谐振频率偏差之间的关系，系统采用的是带有铌酸锂相位调制器的相位谱检测技术。根据解调输出信号的解析表达式，通过数值计算，分析了解调曲线的变化规律，得到了施加在铌酸锂相位调制器上调制波形的最佳调制系数和相应的最佳调制频率范围，并进一步用实验系统验证了上述分析结果。     

谐振光纤陀螺信号检测的新方法设计和验证

主要对谐振式光纤陀螺单侧信号检测方法开展了研究,探讨了热致偏振噪声对于谐振曲线产生的影响,并设计了一种信号检测方法。针对该检测方法与传统检测方法的应用效果进行对比分析,研究结果显示,新方法会抑制偏振噪声对于陀螺精度的影响。根据仿真结果可知,在温度改变0.003℃的情况下,得到的归一化幅值误差显著减小,由原先的0.230 8变为0.029 8,继而验证了设计单侧检测方法的有效性,该方法有效抑制了偏振波动噪声对于检测精度的不利影响,提高了检测结果的准确性。     

光纤腔动态谐振响应特性

光纤环形谐振腔的动态响应特性对其传感应用具有重要影响。为了抑制动态响应,利用多光束干涉原理对其产生原因进行了分析;通过实验测试得到了动态响应的临界振荡条件,并进一步分析了光功率对该临界条件的影响,实验结果与理论分析一致。同时,针对动态响应对谐振特性的干扰问题,测试了激光器调制参数对动态响应下振荡强度的影响,为传感系统中的误差评估提供了参考依据。     

谐振式光纤陀螺双光路调相谱最优参数确定方法

调相谱检测技术是谐振式光纤陀螺(R-FOG)角速率信号提取的关键技术,通过选取合适的调制参数,可大大提升陀螺的综合性能。利用相位调制频谱展开式,依据调相谱载波分量和调制信号的幅度关系,提出了双光路调相谱最优参数的确定方法,该方法在保证陀螺最佳灵敏度工作点的同时,有效地抑制了背向散射噪声的影响;在正弦波调相谱下,采用自外差法实测了相位调制器的半波电压,得到了调相谱载波分量与调制电压幅度的关系曲线,与理论分析相符;以长度为12 m 的保偏光纤熔接环为敏感谐振腔,直径为0.15 m,耦合系数为50%,进行了不同角速率的转动测试,得到了动态范围为480 ()/s、非线性度为3%的转动结果。     

谐振式光纤陀螺调相谱检测技术中的光克尔效应

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器。信号检测技术和系统中存在的各种噪声对系统的检测精度有着重要的影响。基于调相谱检测技术的谐振式光纤陀螺系统中,除顺时针(CW)和逆时针(CCW)光路传播的光强不均匀会引入非互易相位差,使系统出现零漂外,顺时针和逆时针光路的调制系数也会引入系统零漂。光克尔效应引入的系统零漂与系统的真实旋转在测量时是无法区分的,因此成为主要的噪声之一。通过光波场叠加原理,推导得到调相谱检测方案下的谐振式光纤陀螺系统中,光克尔效应引起的系统零漂的解析表达式。依据光克尔效应产生的零漂不随陀螺转速的改变而变化,利用简单的开环系统,对光克尔效应引入的陀螺零漂进行了测试。     

谐振式光纤陀螺中环形谐振腔的实验研究

文中报道了谐振式光纤陀螺中光纤谐振腔的研究工作，首先简述了谐振式光纤陀螺的基本原理，然后对光纤环形腔的谐振性进行了分析，给出谐振条件，并且根据系统的性能要求，对陀螺的谐振腔光路系统进行了设计。     

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     

数字调制谐振式光纤陀螺闭环检测方案的研究

谐振式光纤陀螺是采用环形谐振腔来增强萨格纳克（Sagnac）效应的，其数字闭环检测方案具有动态范围大，灵敏度高的特点。对于双频率数字调制的谐振式光纤陀螺，该文提出了两种基于数字信号处理芯片（DSP）实现的闭环检测方案，并利用Matlab软件对两种检测方案进行了全面的比较。     

数字调制的谐振式光纤陀螺

谐振式光纤陀螺是利用正反方向传播光波的谐振频差来检测旋转角速率的惯性传感器。由于模拟调制的方法无法达到较高的系统性能,提出了一种数字调制方法,此方法采用两种频率组合的阶梯波作为LiNbO3调制器的控制信号,对其进行数字调制。通过理论的研究和仿真,证明此种方法是切实可行的。     

基于调相谱技术的谐振式光纤陀螺检测电路数字化研究

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速度的一种新型光学传感器.针对调相(PM)谱技术的R-FOG系统方案,研究了基于坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法的数字同步检测电路.通过单片可编程逻辑器件(FPGA)可同时实现调制信号产生、同步解调以及信号处理,从而使R-FOG检测系统更加稳定、灵活.对基于CORDIC算法的频率合成技术和同步检测电路做了分析和测试.将设计的数字检测电路应用于R-FOG系统,完成了陀螺转动信号的观测.     

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.     

Dynamic response of a fiber-optic ring resonator: Analysis with influences of light-source parameters

In practice, dynamic behavior of fiber-optic ring resonator (FORR) appears as a detrimental factor to influence the transmission response of the FORR. This paper presents dynamic response analysis of the FORR by considering phase modulation of the FORR loop and sinewave modulation of input signal applied to the FORR from a laser diode. The analysis investigates the influences of modulation frequency and amplitude modulation index of laser diode, loop delay time of the FORR, phase angle between FM and AM response of laser diode, and laser diode line-width on dynamic response of the FORR. The analysis shows that the transient response of the FORR strongly depends on the product of modulation frequency and loop delay time, coupling and transmission coefficients of the FORR. The analyses presented here may have applications in optical systems employing an FORR with a laser diode source.     

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。     

光子晶体环形谐振器特性研究

文章采用FDTD(时域有限差分)法,通过数值计算得到了一种新型PCRR(光子晶体环形谐振腔)的宽带频响特性,并分析了介电常数对PCRR传输特性的影响。在此基础上建立了一个三波长的光子晶体分频器,结合对该模型中光场强度动态分布图的分析,实现了在1 5001、550和1 610 nm 3个波长处的分频功能。数值结果表明:与微腔特性相比,PCRR能同时得到多个窄频信号,并且在多波长分频器中可以减少微腔的个数;与波导耦合相比,在结构参数设计上更加灵活。     

谐振式光纤陀螺的信噪比研究

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyroscope,RFOG)的核心敏感部件是光纤环形谐振腔(Fiber Ring Resonator,FRR),FRR在不同的束缚方式下表现为反射式与透射式两种结构,文章建立了两种结构的分析模型,推导出最佳工作状态下FRR的输出特性表达式。对于影响RFOG的主要噪声:背向散射噪声,通过建立两种相位调制RFOG结构,推导了两种不同结构FRR构成的RFOG在相位调制下的信号与背向散射噪声输出特性。分析了两种结构下谐振曲线最大斜率处的信号与背向散射噪声的信噪比表达式,最终证明两种结构的信噪比表达式相同,且与FRR的腔长负相关。     

光纤光栅谐振环滤波特性研究

提出了一种均匀光栅辅助的光纤谐振环滤波器,利用传输矩阵法,推导了该器件的反射输出、精细度和全宽半高的表达式,并进行了数值计算.结果发现该器件的反射谱具有相移光栅反射谱的特点,并且该器件反射谱中透射窗口的位置和深度还具有可调谐性.最后,分析了谐振环参数对该器件反射谱的精细度和全宽半高的影响.     

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。     

四镜8字环形腔激光器的设计与实验研究

采用ABCD传输矩阵计算方法结合Matlab软件进行模拟计算,设计热稳定性良好的四镜8字环形激光谐振腔。该环形谐振腔在高功率泵浦条件下,腔模参数随热透镜焦距变化具有良好的稳定性。在腔内插入由法拉第旋光器和半波片组成的光学单向器,实现了单向运转。在泵浦功率为40 W时,获得最高功率为14 W的连续波单向1064 nm波长激光输出,光光转换效率为35%。