干涉式光纤陀螺在空间环境下受粒子辐射、电磁场等多种物理场共同影响, 使角速度输出误差劣化。文章通过分析光纤陀螺磁场误差主要来源, 推导了光纤陀螺磁场误差模型。基于磁场误差模型探究辐射对磁场误差相关参数的影响, 建立辐射诱导磁场误差变化理论模型。在此基础上, 通过影响机理分析和实验验证, 确定辐射主要通过影响维尔德常数和光纤应力双折射进而影响光纤陀螺输出零偏。进一步地, 通过搭建小型化光纤陀螺样机, 对保偏光纤环进行辐射处理并进行了相应磁场误差测试。测试结果表明, 光纤陀螺磁场误差随辐射总剂量发生变化, 其变化规律符合辐射诱导磁场误差变化模型。

受激布里渊散射效应是一种典型的三阶光学非线性效应，通过强光激发可以在不同介质中产生。受激布里渊散射激光具有低阈值、超窄线宽、相邻阶散射光相向传播等优异特性，促进其在高分辨率光谱仪、光学传感以及量子计算等领域的广泛应用。布里渊激光输出的光谱线宽超窄且相邻阶光束相向传播，为集成化光学陀螺的构建提供了便利。首先总结了受激布里渊散射效应的产生机理，分析了不同介质中受激布里渊散射光的特性，进而综述了基于微腔结构的布里渊光学陀螺的研究进展，最后对基于布里渊散射效应的集成化光学陀螺的研究前景进行了展望。

光纤陀螺已成为航天器惯性导航与姿轨控制的主选器件。经过几十年的技术攻关，北京航空航天大学形成了成熟的光纤陀螺技术体系，研制了适用于各种空间应用需求的光纤陀螺系列产品。对北京航空航天大学光纤陀螺空间应用的若干关键技术加以综述。基于高可靠和小型化要求，介绍了双光源四轴光纤陀螺方案，阐述了光纤陀螺在轨故障诊断技术；为进一步实现小型化，介绍了小型三轴一体光纤陀螺配置方案以及利用时分复用技术实现的最简三轴陀螺配置方案；介绍了进一步提高组件级抗辐照性能的基于保偏光子晶体光纤的光纤陀螺方案。基于上述关键技术和配置方案的系列光纤陀螺产品，已在数十次空间任务中发挥了重要作用。

光子带隙光纤具有弯曲损耗小、对环境变化不敏感等优点，是极端应用条件下高稳定光纤陀螺的理想光纤。但光子带隙光纤的传输损耗大，缺乏适用于光纤陀螺的低损耗、小模场光子带隙光纤。提出了独立反谐振纤芯光纤构型，将纤芯与包层进行空间隔离，利用纤芯壁反谐振效应抑制基模与表面模的耦合，利用反谐振与光子带隙双重效应将光限制在纤芯中传输，从而实现了光子带隙光纤小模场、低损耗的特性。理论分析结果表明，所提出的光纤构型可将模场直径为～8 μm的光子带隙光纤的损耗降低至<3.5 dB/km。采用两步法制备的光纤基本复现了设计结构，但占空比与设计值存在偏差，导致带隙偏移，实验测得所制备光纤的最小损耗为～25 dB/km@1200 nm。

为了抑制在头戴式增强现实显示系统中激光扫描(LBS)与光栅光波导直接耦合时产生的带斑(Banding)现象并改善系统的最终成像效果,首先介绍了Banding现象,分析讨论了Banding现象产生的具体原因。随后,提出了一种加入扩散片的扩束抑制方法,并通过扩束光路结构验证了其可行性。针对抑制方案进行了小尺寸、大视场中继光路的设计优化,以满足其在头戴式增强现实显示系统中的应用。本设计的系统总长小于25 mm,在截止频率43 lp/mm处,前端与后端各视场的调制传递函数值均大于0.3,畸变均小于±2.2%,满足设计的各项指标需求。所提方法可以有效抑制LBS与光栅光波导配合使用过程中的Banding现象,因此为基于LBS的头戴式增强现实显示系统的研究提供了一定的参考价值,具有潜在的应用前景。

通过建立POL(Polarization Observation by The Lens-Effective Tracing)保偏光纤定轴系统仿真模型, 分析了定轴过程中光纤发生微小位移以及相机像元尺寸所产生的误差。为了减少该种误差, 实现自动对轴, 提出了一种基于POL技术的保偏光纤定轴方法——POLF(Polarization Observation by The Lens-Effective with Fiber-Focus)定轴法。对该定轴方法进行了仿真验证, 并通过对轴实验对其定轴精度进行了验证。实验结果证明POLF定轴算法能够实现优于1°的定轴精度。

针对铌酸锂波导质子交换的精确控制提出了一种预热-反应方法, 建立了质子交换温控模型, 并对该模型进行了PID控制参数整定和温度波动误差分析, 在此基础上研究了质子交换过程中温度波动对H+浓度纵向分布的影响。采用预热-反应方法制作了波导样本, 实验测试了其折射率纵向分布, 并与传统工艺制作的波导样本测试结果进行对比, 验证了所提方法对质子交换精确控制的有效性。实验表明: 预热-反应方法折射率分布同理论计算折射率分布结果吻合更好。

实芯保偏光子晶体光纤在双折射、温度、抗辐照等方面具有独特的优势,非常适合于光纤陀螺应用,然而其损耗较大,影响着光子晶体光纤陀螺性能的提高,空气孔内壁表面粗糙度引起的散射是导致损耗的原因之一。针对实芯保偏光子晶体光纤散射损耗,建立了光纤散射模型,仿真计算散射损耗为0.179 dB/km;搭建了全自动测试装置,测量灵敏度可达1 pW,散射角测量范围可达15°~165°,光纤旋转角度分辨率可达1°,实现了三维散射球的测量,得到散射损耗为0.23 dB/km,验证了理论仿真结果的可靠性。

提出一种基于端面图像对称性特征的偏振轴检测算法。该算法利用图像极坐标变换来实现图像的对称性检测,使用金字塔搜索法快速寻找最优对称轴,确定偏振轴向。所提算法利用图像的全局性特征而不依赖于应力区边缘点位置实现精确定位,对图像清晰度要求显著降低。实验结果表明,所提算法具有较高的准确性和精确性(±0.1°),其稳健性大幅增强,且算法速度提升了近1.5倍。