Author Affiliations
Abstract
1 National Key Laboratory for Electronic Measurement Technology, North University of China, Taiyuan 030051, China
2 Key Laboratory of Instrumentation Science and Dynamic Measurement Ministry of Education, North University of China, Taiyuan 030051, China
Wide dynamic range is an important index of the resonator fiber optic gyro (RFOG). The dynamic range is related to the parameters of the fiber ring resonator (FRR). After adopting the appropriate parameters, the resonant curve of a FRR and the synchronous demodulated curve are measured. Based on the closed-loop frequency locking technique, the wide dynamic range is obtained, while the linearity is guaranteed. The experiment’s results show that the dynamic range is ±480 deg/s with less than 1% nonlinearity, and that the bias stability is 0.04 deg/s over 2000 s. This Letter demonstrates the scheme for a RFOG with a wide dynamic range.
060.2370 Fiber optics sensors 060.2800 Gyroscopes 140.4780 Optical resonators Chinese Optics Letters
2015, 13(2): 020601
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学理学院，山西 太原 030051
3 中北大学电子测试技术重点实验室，山西 太原 030051
针对传统光谱仪和F-P干涉仪分辨率不能满足窄线宽激光器线宽的测量要求，基于延时自外差法搭建测试平台。设置频谱分析仪分辨率参数抑制噪声实验，通过使用20 km延时光纤、80 MHz声光移频器和50:50光纤耦合器，通过光电探测器实现光电转换并利用频谱分析仪分析测试信号。对频谱分析仪分辨带宽RBW和视觉带宽VBW以及扫频范围(Scan Range)进行优化设置，在不降低测试灵敏度的情况下，将重叠信号分辨开，使其不会过多滤掉高频成分而失真并对线宽功率谱峰值进行洛伦兹曲线拟合。最后得到了1 550 nm波长可调谐光纤激光器(1 520~1 570 nm)的线宽值约为161 kHz，为频谱仪的参数优化设置及窄线宽激光器线宽标定提供了相关参考。
频谱仪 线宽测量 窄线宽激光器 延时自外差法 分辨带宽 spectrum analyzer linewidth measurement narrow linewidth laser DSHI resolution bandwidth
1 北京理工大学自动化学院，北京 100081
2 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051
3 中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西 太原 030051
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 背向散射噪声 相位调制 载波抑制 resonator fiber optic gyro backreflection noise phase modulation carrier suppression
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学电子测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
光电子镊是在介电泳基础上发展出来的一种新型微粒操纵技术,利用投影原理将光图案投影于具有光电效应的光电导层,产生虚拟电极,以此来实现对微粒的.相对于传统的介电泳操纵,光电子镊最大的特点是具有可灵活操控的虚拟电极,通过软件控制可以在光电导层的任意位置形成需要的光学图案从而达成灵活的操纵效果.阐述了光电子镊的实验系统和工作原理,并详细介绍了其研究进展和在微纳操纵方面的应用.
光学器件 光电子镊 虚拟电极 微纳操纵 激光与光电子学进展
2015, 52(9): 090003
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原 030051
2 中北大学 电子测试技术重点实验室,太原 030051
3 中北大学 理学院, 太原 030051
模拟仿真了谐振式光纤环腔的透射谱线以及鉴频曲线, 得透射谱线最低谷值对应为调制谐振点, 鉴频曲线的线性区为陀螺的工作范围区, 线性区中点对应谐振点, 可作为标度因数最大值.为了实现谐振点的高精度锁频和稳频, 设计了谐振式光纤陀螺角速率测定方案, 使用比例积分反馈电路实施锁频, 利用正弦波扫描窄线宽激光器(线宽小于1 kHz)的压电转化模块, 使激光器谐振腔长发生变化, 从而改变其输出频率, 对谐振光纤环腔随外界环境变化同时进行跟踪和锁定.利用线宽法测试并计算出光纤环形谐振腔的品质因数值为107, 对比分析了光纤环腔在谐振点和非谐振点锁定情况下的光电探测实时输出, 并通过转动测试, 得到两种情况下锁定后陀螺的连续转动效果.计算了光纤陀螺系统理论检测灵敏度, 结果表明：谐振点锁定后转动效果对应的陀螺输出电平值为锁定非谐振点转速电平值的3倍, 验证了谐振式光学陀螺谐振点锁频的重要性.
谐振式光学陀螺 阶梯效应 锁频 谐振点 非谐振点 Resonant optical gyroscope Ladder effect Locked Resonance point Non-resonant point 光子学报
2014, 43(12): 1214002
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室
2 电子测试技术重点实验室,太原030051
谐振式光纤陀螺系统中,背向散射噪声成为制约其系统精度的重要因素之一.对陀螺双路系统其中一路光波信号进行研究,利用相位调制频谱展开及光场叠加的方法,对光纤环形谐振腔输出光场进行理论分析.理论上载波分量的出现会在系统中引入背向散射噪声,因此仿真分析引入载波分量的幅度,得到采用三角波调制比正弦波更有利于抑制载波分量.以抑制载波分量为目标,搭建自外差载波抑制测试平台,对相位调制器施加三角波与正弦波两种波形调制,得到采用三角波调制时载波抑制比最高可达64.3 dB,比正弦波调制时高出6 dB,与理论分析相符;在陀螺系统应用中,采用三角波调制时陀螺输出信号载波抑制程度更大,波动更小,更加稳定.
谐振式光学陀螺 谐振腔 相位调制 背向散射 载波 Resonant optic gyroscope Resonant cavities Phase modulation Backscattering Carrier 光子学报
2014, 43(10): 1019001
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学 理学院, 山西 太原 030051
3 中北大学 电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
针对窄线宽激光器输出谱线窄, 难以被锁定的情况, 利用F-P腔特有极窄线宽、高精细度特性对激光器谱线线宽实施压窄及频率锁定。通过设计实验方案并搭建锁频测试平台, 利用F-P腔外部光反馈将窄线宽半导体激光器线宽压窄来提高锁频精度。通过监测正弦波调制下F-P腔对于4种不同直流电压下激光PZT扫频段的透射谱线, 并对其分别进行解调和锁频精度测试, 得到直流高压放大器电压为73 V时对窄线宽激光器进行扫频, 激光器反馈锁频精度最高可达1.5 MHz。
F-P腔 锁频精度 高压扫频 测试 Fabry-Perot cavity locked frequency accuracy high voltage sweep test
中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 电子测试技术重点实验室, 太原 030051
理论分析了相位调制的原理及锁相放大器的解调原理。利用多光束干涉原理对微腔的谐振特性进行了分析并对其及环形谐振腔进行了相位调制解调仿真分析。设计搭建了基于光学谐振腔的相位调制解调系统。基于搭建的光学谐振腔的相位调制解调系统利用正弦波对微腔进行了调制解调测试, 得到了良好的测试结果并使用光纤环形谐振腔验证了调制解调系统及调制方法的可行性, 得到了光纤谐振腔的低频调制解调信号及边带调制解调信号, 为进一步研究光学谐振腔谐振点的跟踪锁定奠定了基础。
光纤光学 光学微腔 相位调制解调 谐振特性 传感技术 fiber optics optical micro resonator phase modulation and demodulation resonance characteristic sensing technology
1 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051
2 中北大学 电子测试技术重点实验室，山西 太原 030051
根据角速度传感的基本原理，搭建了以高Q光学微球腔为核心敏感部件的角速度传感实验测试系统。实验中通过调制、解调技术得到了光学微球腔的谐振曲线及其相对应的解调曲线，并采用PID反馈控制电路实现了微球腔谐振点的实时跟踪锁定，谐振点锁定精度约为10 kHz。通过对系统提供低、高2组不同的旋转角速度进行实验测试，并对数据进行处理分析，得到系统输出信号幅度的变化趋势与测试转台提供的旋转角速度变化情况相对应的结果。初步验证了高Q光学微球腔的角速度传感效应，为后续深入研究高Q光学微谐振腔角速度传感器件奠定了基础。
光纤光学 传感技术 谐振特性 光学微球腔 谐振点跟踪锁定 fiber optics sensing technology resonance characteristic optical microsphere cavity resonant point tracking and locking
