为探究腔内各气体的压强比对激光陀螺特性的影响,从等离子色散函数出发,探究气压气比对环形腔内光强调谐曲线的影响,同时使用自制的环形激光陀螺进行工程试验。搭建了一套可操作性强、气压气比可调节且可实时监测的充气实验装置,得到该激光陀螺输出增益随气压气比的变化关系,从而得出最佳的工作气压气比。结果表明:激光输出增益首先随着气压的增大而增大,当气压增大到某一气压值时,输出增益达到最大值;之后输出增益随着气压的增大而减小,当气压增大到某一临界值时无激光输出。

增益损耗比是气体激光器的重要工作参量之一,它对激光陀螺的整体设计和实际性能有很大的影响。小尺寸环形气体激光器具有较宽的模间隔,为这一参数的测量提供了便利。根据理论推导,得出增损比的简化计算公式。提出一种测量增损比的实验方法,并对大批量的激光器进行实验研究。实验结果表明,在现有的高水平光学加工工艺和调腔精度下,环形激光器的平均增益损耗比已经达到3.55。

激光陀螺通常采用高压直流来提供泵浦。放电管的负阻特性会引起稳流回路的不稳定或震荡。为了优化放电环路, 研究了放电管的阻抗特性。测量了不同放电电流下的管压降, 通过多项式拟合得到了放电管的伏安特性曲线。由于微变阻抗直接决定了环路的稳定性, 重点分析了微变阻抗随着电流的变化规律。研究可以为镇流电阻的选择和放电环路的优化设计提供参考, 可以降低功耗并提高电路的可靠性。多样本测试表明文中的结论具有普遍适用性。

为解决小型环形激光器输出信号信噪比随腔长减小而下降的问题, 研制了一种压制He-Ne气体放电辉光的滤光片。该滤光片的中心波长为632.8 nm, 入射角为45°, 其基片是截止波长为550 nm的短波截止红色玻璃, 基片前表面镀有19层瞙系结构为{HL2HLHLHLH2LHLHLHLH2LH}的窄带滤光片, 后表面镀有4层非规整减反膜。使用离子溅射法和石英晶振膜厚监控方式制备了该滤光片, 并对其进行了反向工程拟合, 拟合的理论曲线与用Lambda950分光光度计正入射实测的透过率曲线较为吻合。将该滤光片胶合在环形激光器的输出镜后表面, 其有用的激光信号幅值基本不变, 而噪声幅值下降了约80%, 表明该滤光片从光学上使输出信号的信噪比提高了5倍, 降低了后续电路处理的负担及复杂度, 为小型环形激光器的研制起到了一定的作用。

为了对四边形激光陀螺进行更为深入的研究, 了解其光束特性, 运用传输矩阵, 得到了四边形激光陀螺的稳定条件, 并对四边形激光陀螺内部的高斯光束特性进行了数值计算,得到腔内实际上存在两条高斯光束, 它们在两个球面镜处结合在一起。结果表明, 球面镜的曲率半径越大, 高斯光束的光斑半径越大, 光束就越平直, 越便于信号的读出。

激光陀螺是一种角运动传感器件，为了避免激光陀螺的闭锁现象，可以采取正弦抖动偏频。为了减小机抖陀螺过锁区时的误差累积，往往会在抖动信号中注入噪声。然而如何选择一种合适的噪声形式目前还没有明确的依据，往往要经过长时间的测试才能得到一种较好的噪声形式。根据加噪的基本原理，提出了一种新的激光陀螺抖动加噪评估方法，这种方法能够在短时间之内快速评价加噪的效果。实际测试验证，新方法在衡量加噪效果上确实是行之有效的。

机械抖动激光陀螺(MDRLG)信号是两路相位差为π/2的正弦拍频信号，一般采用4倍频鉴相输出计数脉冲，利用FIR滤波和抖动剥除等方法解调抖动信号，从而得到外界输入的角速度信息。高速采集MDRLG信号，并细分为相位依次相差π/16的16路信号，实现MDRLG的8倍频、16倍频和32倍频鉴相输出。输出角速率的均方差随着倍频数的提高而减小，信号处理的分辨率得到提高。实验测试和Allan方差分析表明: 32倍频时的量化误差Q从4倍频鉴相时的0.327″减小到0.170″，增加MDRLG信号鉴相的倍频数可以减小量化误差。在对MDRLG信号进行抖动剥除解调时，由于量化误差是主要误差源之一，高分辨率信号处理能够有效提高MDRLG角速度测量的精度。

二频机抖陀螺具有较高的精度，但在每个抖动周期需要两次通过锁区，会丢失部分信息，从而带来了过锁误差。噪声注入只能将误差随机化，并不能从根本上消除误差。根据锁区方程阐述了锁区对机抖陀螺精度的影响。对二频机抖陀螺的锁区补偿方案进行了理论研究。采用零速率点恒加速近似得到了过锁误差的信号表征方法。数值分析表明该锁区补偿方法在各种外界输入转速下都是有效的。

采用数字信号处理技术，设计了二频机械抖动激光陀螺抖动偏频量的实时精确获取方法。从理论上说明了采用角速率绝对值和有效值的方法都能够有效地获取抖动偏频量。详细介绍了两种方法的数字化实现方法。通过仿真实验对两种数字化实现方法进行了验证，结果表明这两种实现思路是完全可行的，得到的偏频量随频率和抖幅的变化具有较好的线性。将实时获取的偏频量作为反馈量作用于抖动环路的闭环控制中，比原来的压电陶瓷反馈具有更高的可靠性，能够克服高低温带来的偏频量的变化。