光纤陀螺光路系统稳定性研究

论文摘要

与机械陀螺相比,光纤陀螺是一种体积小、重量轻、耐冲击、精度高、寿命长的新型角速率传感器。自其问世以来便受到广泛的重视,随着研究的不断深入,中等精度的光纤陀螺已经研制成功。现在,对光纤陀螺的精度及稳定性的要求越来越高。本文的目的是分析保偏光纤型干涉式光纤陀螺（PM-IFOG）系统的光学特性,找出影响陀螺灵敏度、零点偏移、零偏稳定性的原因,探讨PM-IFOG输出偏移的抑制方法,主要研究工作集中在以下几方面:简要介绍了光纤陀螺的发展及应用,并介绍了保偏光纤型干涉式光纤陀螺的基本原理及数字闭环阶梯波调制方法。对光纤陀螺光路各组成部件的性能参数和产生的噪声及噪声原因进行了分析,给出了它们相应的数学矩阵描述,为下面的研究奠定了一定的理论基础。其次,利用琼斯矩阵和相干矩阵建立了此型光纤陀螺光路传输系统数学模型,并在此基础上进行了光路偏振噪声的理论分析,推导得出在陀螺输入为低偏振度宽谱光信号情况下的偏振误差表达式,讨论分析了光路中各组件的性能参数不同时陀螺的输出及偏振噪声误差。由以上工作提出,设计陀螺光路时,应选择输出光消光比稳定的光源,尽量减小各器件尾纤之间的熔接角度误差,选择合适的尾纤长度以使由偏振模式耦合误差引起的零漂值最小。最后,为稳定系统的光源输出,将带尾纤型光隔离器引入到陀螺光路中,利用琼斯矩阵对光隔离器的工作原理做了研究,并对一款双级型光隔离器的主要性能指标进行了测试。对影响光电检测器信号接收的耦合器尾纤末端的菲涅耳反射光强的进行了量化研究,给出了相应的计算机仿真,提出了一种高效的抑制该反射光强的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 光纤陀螺的国内外发展情况
• 1.2 干涉式光纤陀螺的基本原理
• 1.3 光纤陀螺的发展趋势及应用前景
• 1.3.1 采用电光调制闭环检测方案
• 1.3.2 光路结构及光学器件趋于集成化
• 1.3.3 信号处理趋于全数字化
• 1.3.4 无焊点的全光纤陀螺
• 1.4 本课题的提出和工作内容
• 第2章 保偏型干涉式光纤陀螺光学组成分析
• 2.1 光纤陀螺的基本组成
• 2.2 PM-IFOG的光学结构及其数学描述
• 2.2.1 宽带掺铒光纤超荧光光源
• 2.2.2 保偏光纤耦合器
• 2.2.3 多功能集成光学芯片
• 2.2.4 保偏光纤环
• 2.2.5 光纤熔接点
• 2.3 瑞利背向散射
• 2.4 光纤陀螺的Kerr效应
• 2.5 本章小结
• 第3章 PM-IFOG的光学建模与误差分析
• 3.1 引言
• 3.2 系统的光学矩阵模型
• 3.3 光纤陀螺的偏振相关误差
• 3.4 光学器件误差
• 3.4.1 理想情况下各光学器件的参数
• 3.4.2 光学参数变化时陀螺的输出
• 3.5 本章小结
• 第4章 光源偏振度对陀螺零漂的影响
• 4.1 引言
• 4.2 光纤陀螺的零偏与零漂
• 4.3 本章小结
• 第5章 光源的稳定及菲涅耳反射的抑制
• 5.1 引言
• 5.2 光隔离器及其一般原理
• 5.2.1 光隔离器及其性能指标
• 5.2.2 光隔离器的一般原理
• 5.3 光隔离器测量系统的实现
• 5.3.1 实验原理及实验
• 5.3.2 实验结果
• 5.3.3 实验误差与解决
• 5.4 菲涅耳反射的抑制
• 5.4.1 光纤端面菲涅耳反射的影响
• 5.4.2 端面研磨45°的抑制方法
• 5.4.3 折射率匹配的抑制方法
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢