介绍了北京航空航天大学在光子晶体光纤陀螺技术方面的研究进展。在光纤研制方面，设计并拉制了适用于1550 nm高精度光纤陀螺的Φ110 μm细径实芯保偏光子晶体光纤和适用于850 nm小型化光纤陀螺的Φ100 μm超细径实芯保偏光子晶体光纤，突破了km级空芯光子晶体光纤的批量制备技术。在陀螺应用方面，干涉式实芯光子晶体光纤陀螺精度突破0.001（°）/h，实现了国际上光子晶体光纤陀螺的首次空间试验验证；干涉式空芯光子晶体光纤陀螺实现了优于0.4（°）/h的样机精度；同时还探索了空芯光子晶体光纤在谐振式光纤陀螺上的应用。

给出了光纤电流传感器的数学模型,推导出了传感器测量准确度的数学表达式,并对系统的主要特征参数进行了分析。提出了一种在线监测方法,将环路增益值解调并实时输出,作为传感器系统的一个故障监测点。然后在此基础上,提出了环路增益稳定控制技术,使环路增益能够实现自动调整,消除了系统在长期运行时因环路增益变化对精度的影响。实验结果表明:改变前置放大器的放大倍数,在线监测的环路增益值、比值误差和相位误差均随之改变,实验结果与仿真结果一致;引入环路增益稳定控制技术后,改变前置放大器的放大倍数,在线监测的环路增益基本保持不变,且传感器的比值误差和相位误差波动也在准确度范围之内,验证了在线监测方法和环路增益稳定控制技术的有效性。

分析了宽谱光源的平均波长对标度因数的影响,初步建立了开环光纤陀螺和闭环光纤陀螺标度因数的系统模型,详细讨论了平均波长和光纤陀螺第二闭环影响标度因数的机理,并进行了相关的实验,实验结果与理论分析结果吻合,验证了该系统模型的正确性。

基于黑体标定的非均匀性校正方法在凝视红外成像系统中被广泛应用, 但在面对天空背景成像或者高速飞行器上透过高温光学窗口观察常温目标两种情况下, 出现了黑体标定不适用的现象。为此通过分析红外成像系统的响应特性, 提出了响应光谱非均匀性的概念, 指出了黑体标定法具有场景光谱分布依赖的特征。同时, 分析了响应光谱非均匀性产生的原理, 包括内外两方面原因。内在因素是红外探测器不同像元的量子效率随光谱变化存在差异, 外在因素是应用场景的辐射光谱分布与黑体相差较大。在此基础上, 给出了解决响应光谱非均匀性的建议。

光子晶体光纤陀螺使用光子晶体光纤替代普通光纤绕制光纤环, 是光纤陀螺的发展方向。光纤种类不同, 其热相位噪声特性与传统陀螺存在差异。对光子晶体光纤陀螺光纤热相位噪声展开研究, 利用有限元方法建立光纤模型及噪声模型, 并搭建光源强度噪声抑制光路对热相位噪声进行测量, 通过实验结果与仿真的对比, 验证了模型的正确性。

SpaceFibre光总线广泛应用于航天领域。SpaceFibre光网络即插即用(SpFi-PnP)技术便于星载设备的在轨管理, 能实现星载网络的可测可控。在大型星载总线网络中, 采用宽度遍历算法发现网络设备, 通过设计SpaceFibre光网络的网络管理器, 实现了总线网络的即插即用。实验证明, 网络管理器能稳定发现设备信息并监控路由器网络中节点设备的实时状态, 通过OPNET仿真建模分析基于SpaceFibre总线协议的光网络端到端延时来评估在网络中使用宽度遍历算法的网络性能, 并在源模块节点采用整包和分包两种机制发送数据流。结果表明分包机制效果更佳, 探究得到分包组数为10时网络延时性能最优。

为满足激光测距领域大量程、高精度、高分辨率的应用需求, 设计了一种高精度脉冲激光测距系统。系统基于最小可分辨45ps的专用计时芯片TDC-GP22实现高精度、高分辨率的时间间隔测量, 并采用高带宽放大电路及恒比定时时刻鉴别方法提高系统精度。详细论述了TDC-GP22时间间隔测量模块的硬件设计及软件流程。实验结果表明, 该系统的测量分辨率达45ps, 对时间间隔1μs内的测量精度可达60ps, 对应150m测距精度可达1cm; 对时间间隔1μs以上的测量精度可达1ns, 对应千米级测距精度可达0.15m, 满足高精度距离测量的应用需求。

主要研究了保偏光纤与Y型波导输入端的对准耦合。基于模场重叠积分法，数值计算5个自由度上的对准偏差对耦合损耗的影响，并设计了一种基于数字图像的实验方案。仿真与实验结果吻合较好,证明该实验方案可行。结果表明：横向位错X和Y对耦合损耗的影响最大，纵向间距Z对耦合损耗的影响较小，而角度α和β变化时产生的耦合损耗主要是由附加横向位移引起的，单纯的角度变化对耦合损耗的影响极小。若要求对准偏差损耗低于0.5 dB，则横向位错与纵向间距的容差范围分别为-1~1 μm和-20~20 μm。本研究为后续自动耦合系统的研究提供参考。

建立了光纤电流互感器的离散动态模型，理论分析了互感器比值误差及相位误差与系统环路增益之间的关系，确定了环路增益漂移是导致互感器长期运行精度劣化的主要原因之一。提出了一种环路增益在线监测方法，能实时检测环路增益的变化，监测值可以作为互感器长期运行的故障监测点之一。在此基础上实验验证了模型的正确性，结果表明：在保证静态测试精度的条件下，系统环路增益取值越大，环路增益波动对互感器比值误差和相位误差的影响越小。系统环路增益取值为0.05时，为保证长期运行互感器测试准确度不超过误差限值要求，环路增益波动应不超过10%。

在采用低偏和保偏混合光路的混偏光纤陀螺的光学架构中，包含了一些单模光纤元件和单模光纤。当单模光纤发生弯曲时，光纤中传输的纤芯导波模式和单模光纤中的界面反射波模式之间将会发生相互干涉，导致光的传输特性受到影响。提出了单模光纤弯曲对光纤陀螺标度因数稳定性影响的数学模型。仿真和实验结果表明：当温度发生变化时，单模光纤弯曲会导致传输光的中心波长发生漂移和振荡，从而影响光纤陀螺标度因数稳定性。中心波长振荡的振幅与弯曲半径直接相关。