基于HHT的光纤惯导系统级标定改进算法

传统的系统级标定方法是将温箱压缩机、转台电机等环境引起的随机噪声视为白噪声,而实际过程中输出信号具有非平稳和非线性特征。最小二乘拟合法是一种线性回归方法,利用该方法求解的误差系数成为制约光纤捷联惯导系统实现高精度的关键因素之一。针对上述问题,该文提出了一种基于希尔伯特-黄变换的捷联惯导系统级标定改进算法。通过希尔伯特-黄变换去除惯性仪表原始输出信号中的高频随机噪声,再利用系统级标定法计算惯性测量单元(IMU)误差参数。经多组试验证明,该方法能够有效提高IMU误差参数辨识的准确性,1 h的动态导航位置误差相对减少约10%。     

多高斯关联扭曲光束在GRIN光纤中的轨道角动量演化

轨道角动量(orbital angular momentum, OAM)的引入丰富了光通信领域内的调制维度,为寻找更高效快捷的通信方式提供了新思路,相较于传统携带涡旋相位的涡旋光束,部分相干扭曲光束携带的OAM性质更为复杂。本文针对椭圆多高斯关联扭曲光束在梯度折射率(gradient-index, GRIN)光纤中的OAM传输,基于GRIN光纤的ABCD光学传输矩阵,着重分析了多高斯关联扭曲光束在GRIN光纤传输的OAM的传输演化特性。研究结果表明,光束的光强、OAM通量密度以及归一化OAM通量密度在光纤传输过程中均呈现周期性变化,通过对关联结构以及扭曲因子的调控不仅可以改变光束OAM通量密度的分布,还可以调控单光子携带OAM的大小。本文的研究有助于丰富扭曲部分相干光束在GRIN光纤中传输的理论结果,在光纤通信中具有潜在的应用前景。     

光纤电压传感器传感头优化与热致非互易误差抑制

针对普通光纤电压传感器在外界温度扰动下其输出精度和稳定性会受到严重影响这一问题,本文提出了一种采用保偏光子晶体光纤(polarization maintaining photonic crystal fiber,PM-PCF) 作为传感光纤的传感头优化方法抑制温度扰动下的系统非互易误差。在综合考虑PM-PCF与传统熊猫型保偏光纤(panda polarization maintaining fiber,panda-PMF) 尾纤间的熔接损耗、传输损耗以及现有工艺条件下的光纤制备等问题的基础上,优化得到了与panda-PMF间的熔接损耗低至0.14 dB的PM-PCF;并对比分析了这两种保偏光纤的双折射温度依赖特性,建立了全光纤类型的光学电压传感器(fiber optic voltage sensor,FOVS) 热致系统误差输出模型,分析验证了PM-PCF在解决反射式逆压电型FOVS热致非互易问题的可行性。结果表明,采用PM-PCF优化后的FOVS热致非互易误差约是传统保偏光纤电压传感器 的10-2量级。这在提高系统输出精度和稳定性等方面具有显著优势,同时这种低损耗的优化方法在光纤传感及通信等领域具有重要的应用价值。     

一种双梁互补式光纤光栅位移传感器及在地铁隧道变形监测中的应用

本文提出了一种双梁互补式光纤光栅(fiber Bragg grating, FBG)位移传感器,实现了正负双向位移的测量。采用双“悬臂梁+楔形滑块”的结构,当一个悬臂梁受位移作用处于变形状态时,另一个悬臂梁不变形并提供温度补偿功能。传感器处于零值测点状态时,两个悬臂梁处于零弯曲状态,且双梁互为温度补偿,消除了温度影响。通过性能测试实验证明,该传感器在±50的量程内,灵敏度为29.369 pm/mm,测量重复性好。制备出8个传感器应用于某市地铁的变形安全监测,从道床沉降、道床环缝、管片环缝3个方面开展了变形测量。在长期监测期间,传感器工作稳定,被测结构变形状态稳定,表明该传感器具有良好的测量性能,适用于长期的结构健康监测。     

高精度光纤陀螺检测电路串扰自检测研究

光纤陀螺检测电路应用过程中,受到自检测方案的影响,导致串扰故障检测所需测试矢量较多。因此,提出高精度光纤陀螺检测电路串扰自检测研究。分析光纤陀螺数字闭环检测原理,并提取检测电路串扰特征。根据闭环电路的连续信号微分方程,计算等效模拟输入转速。结合数字阶梯波算法,设计电路串扰检测方案。再计算地球自转角速率的分量测量死区,得到电路串扰测量结果。仿真结果表明：所提出的串扰自检测方法,与嵌入式“反射器”的新型谐振陀螺仪和多导体传输线串扰不确定性问题的计算方法相比,当串扰故障覆盖率为80%,本文方法的矢量数量为46个,降低了自测试所需的成本。     

电力超长距光传输系统中低噪声指数国产化ＥＤＦＡ设计及系统应用研究

特高压是我国新基建的重要组成部分,受限于当前国际环境和我国地理环境的影响,电力通信网络长距离、国产化还面临着诸多问题。文章设计了一款基于国产化器件,采用波长优化、窄带滤波器级联、泵浦功率非均匀分配等技术的全国产化的超低噪声指数的EDFA,通过仿真设计和实验,分别验证了超低噪声指数放大器及其构成的电力超长跨距SDH系统,可实现250km G.652光纤、51dB跨度的电力通信网络光传输系统。     

多芯光纤熔接与测试研究

多芯光纤(MCF)是空分复用(SDM)技术的重要传输介质,能够数倍地拓展现有单根光纤的通信容量,然而MCF结构复杂度高、测试难度大,尚无测试标准。文章根据MCF的结构特点,结合在MCF开发中的技术经验,规范了MCF的熔接方法以及主要参数的测试方法,为未来MCF的大规模商用化奠定了基础。     

光学陀螺背向散射问题综述(特邀)EI北大核心CSCD

光学陀螺作为光电惯性导航系统的核心器件,在众多领域发挥着举足轻重的作用。随着科学技术的不断进步,传统的激光陀螺、轻质化的光纤陀螺以及集成化的微光陀螺齐头并进、蓬勃发展,但无论是哪一种陀螺样式,在性能优化的过程之中都不可避免地需要考虑背向散射的问题。背向散射是光学陀螺中的一种噪声源,其会带来陀螺的输出偏置或闭锁效应,从而影响其性能。为了更好地理解光学陀螺中的背向散射机制,首先从半经典理论下的自洽方程组出发讨论背向散射的基本原理,而后依照光学陀螺的发展脉络,分析各种光学陀螺的背向散射分析方法、测量手段以及抑制方法,最后对目前光学陀螺中有关背向散射亟待解决的问题进行总结并展望。     

多芯光纤光栅形状传感性能与重构误差研究

多芯光纤光栅形状传感技术利用空分复用以及应变监测的优势,结合不同的栅点布设方案,实现待测对象的连续曲率和形状传感。首先介绍了多芯光纤光栅曲率和挠率传感原理,提出采用齐次矩阵变换的三维重构算法实现光纤的三维形状重构。为了探究不同光栅密度对实验精度的影响,利用算法编程模拟了不同光栅间距下的三维形状重构精度,依据模拟仿真的结果,建立了不同光栅间距与三维重构误差之间的关系。三维形状传感实验使用光栅间距为10 cm和5 cm的七芯光纤光栅串。实验结果表明,最大误差出现在尾点处,分别为2.56 cm和1.15 cm,占全长的3.2%和1.4%,平均误差为1.32 cm和0.62 cm,占全长的1.7%和0.8%。实验结果与仿真值比较接近,说明可以依据仿真结果对不同光栅间距下的三维形状误差进行预测。结合具体的应用场景合理配置测点资源,在较低的成本范围内实现高性能的检测。     

高功率涡旋拉曼光纤激光器EI北大核心CSCD

近年来,携带轨道角动量的涡旋光束在激光加工、光学微粒操纵、超分辨成像、大容量光通信等领域应用广泛,目前已在稀土掺杂光纤激光器中得到了广泛研究。基于声致光纤光栅,实验搭建了全光纤结构拉曼光纤激光器,实现LP_(01)模与LP_(11)模的有效调控,并进一步通过偏振控制实现环形径向偏振光和拓扑荷数l=±1的涡旋光束输出,最高输出功率~70 W,中心波长为1134 nm。文中提出的激光器有利于拓宽涡旋光束输出波段,在多维光通信、光场和物质相互作用等领域具备较大研究价值和应用潜力。