激光陀螺光强扫模曲线是陀螺稳频的依据，也是激光陀螺环形激光器振荡特性的基本表征，同时也是陀螺性能好坏的重要标志之一。通过引入新的参量——模高，描述光强扫模曲线的其他特征。光强扫模曲线模高是在腔长变化一个0.6328 μm条件下对应光强的最大变化量，是反映光强扫模曲线尖锐度的特征量，该特征量与陀螺稳频精度、稳频响应时间等物理量直接相关，模高越大，则对应的稳频精度就越高，稳频响应时间越短。通过对激光陀螺扫模过程中模高产生的物理机理进行理论分析，确定出了影响模高的主要因素。通过理论分析、数值仿真得出：采取增大球面镜曲率半径、增大腔长、降低损耗、增大增益等措施，可使激光陀螺光强扫模曲线的模高增大3倍以上，这对于提升稳频精度、缩短稳频响应时间、降低陀螺比例因子非线性度误差、提高激光陀螺快速稳定性等具有重要的指导意义和工程实用价值。

背向散射噪声是谐振式光纤陀螺的主要噪声之一。基于载波抑制法降低背向散射噪声的原理, 建立了温度和电压对陀螺零偏影响的数学模型, 理论证明此方法受温度影响较大且对电路要求较高。提出了三频差动谐振式光纤陀螺新方案, 该方案通过谐振腔内运行三束频率间隔较大的光波来抑制背向散射噪声。与传统二频闭环陀螺进行了对比试验, 结果表明: 新方案能有效地降低陀螺噪声, 最大陀螺零偏和零偏稳定性改善约4倍。

环形谐振腔是激光陀螺(RLG)的核心。基于环形谐振腔光线传输理论, 通过求解自洽方程, 数值分析了反射镜的变形对谐振腔稳定性的影响; 在此基础上, 借助有限元分析软件Ansys, 通过参数化建模, 进一步开展了RLG腔长控制镜(PLCM)结构参数对其综合性能影响的仿真分析。结果表明, 在相同尺寸限制和不影响陀螺稳频工作效率的前提下, PLCM结构参数的局部优化可大大地提升谐振腔的动态稳定性; 实验验证与仿真分析结果相吻合, 且优化后的单筋PLCM可满足陀螺在常规机载导航系统振动环境下的使用要求。这对进一步提升RLG, 尤其是小型化RLG的工程化水平具有重要参考意义。

通过检测与计数电路可以将激光陀螺输出的光电信号进行放大、整形、鉴相, 输出与陀螺转角成正比的脉冲信号。由于激光陀螺输出的是微弱光电信号, 且检测电路存在散粒噪声和热噪声等干扰, 因此提高检测电路信噪比对保障计数电路功能正常来说至关重要。为提高检测电路信噪比, 需保证陀螺输出光功率尽可能大。根据激光器的功率输出公式推导计算了使陀螺输出光功率最大的反射镜最佳透射率, 并进行了实验验证。理论计算和实验结果均表明, 采用最佳透射率反射镜能够有效提高激光陀螺输出光功率。

在机抖激光陀螺(DRLG)捷联惯导系统(SINS)中，陀螺的抖动偏频会引起伪圆锥运动。分析了伪圆锥运动对捷联惯导系统旋转矢量计算的影响，并推导了其表达式。通过数值计算，分析了影响伪圆锥误差的因素，提出了机抖激光陀螺抖动频差的匹配原则，以实现伪圆锥误差最小化。基于该匹配原则，面向工程实际问题提出了一种机抖激光陀螺抖频调谐技术。仿真分析和实验结果表明，选用一种主体抖动轮并按需选配调节构件，该技术可满足系统对陀螺抖动频差的匹配要求，同时不会对陀螺整体外形尺寸和抗振性能造成任何影响。与传统方案相比，进一步提升了机抖激光陀螺，尤其是小型化机抖激光陀螺的工程化水平，降低了生产成本。

通过提升谐振腔抗光路变形能力, 可以有效提高机械抖动激光陀螺的抗振动性能。对机械抖动激光陀螺振动中光路扭偏的产生机理进行了理论计算与仿真分析, 分析结果表明, 抖动切向惯性力和振动冲击惯性力是引起振动中光路扭偏的主要原因。通过振动中光路扭偏对振动性能影响的理论分析指出, 减小振动附加上去的朗缪尔零偏, 提高陀螺抗振性能的两大有效措施是减小工作电流和提高光路抗失谐能力。通过物理试验验证了振动中光路扭偏机理仿真分析的正确性。不同工作电流的振动对比试验表明, 降低工作电流可显著提高陀螺的振动性能, 这对于机抖激光陀螺振动特性的提升具有重要指导意义和工程实用价值。

建立了Y分支光学调制器半波电压与工作波长和温度的数学模型，其半波电压随工作波长增加而增加、随温度增加而减小。设计实现了一种基于4阶波调制Sagnac干涉仪的半波电压自动测试系统，实现了半波电压的在线连续测量，相对测量精度达到8.5×10-6。用可调激光器光源，改变工作波长和环境温度，分别进行了1310 nm和1550 nm波段Y分支光学调制器半波电压的实际测量，通过实验测试确定了半波电压与波长和温度的相关性。结果表明，半波电压在这两个测试波段内与波长和温度均呈线性关系，波长相关系数为正，分别约为3.61×10-3 V/nm和9.54×10-3 V/nm；温度相关系数为负，分别约为-1.76×10-3 V/℃和-2.00×10-3 V/℃。实验结果验证了理论模型的正确性。

为了提高环形激光陀螺(RLG)的空间环境适应性，提出了基于菲涅耳透镜的RLG 抗辐照读出方案。该方案采用菲涅耳透镜对RLG 输出的顺/逆时针光进行会聚，在其焦平面前方得到了条纹数不变、尺寸显著减小的干涉条纹。相比于采用普通凸透镜，基于菲涅耳透镜的读出系统在球差校正和安装便利性等方面更具优势。计算结果表明，该方案能将RLG 输出光斑尺寸降低到原水平的1%以下，显著降低了对光电管的尺寸要求，从而大幅减小了辐照对探测器的损伤，提高了RLG 的空间环境适应性。

根据光阑衍射理论，以光阑衍射损耗灵敏度为参量，研究和分析了激光陀螺环形谐振腔的抗失调能力。基于激光陀螺的限模条件，为获得谐振腔的最佳光阑衍射损耗灵敏度，计算得到了激光陀螺抑制比下限。通过数值计算，研究了谐振腔增益和反射镜总损耗对其抑制比下限的影响，并得到了实验验证。研究结果表明：腔内增益越大，陀螺抑制比下限值越大；反射镜总损耗越大，陀螺抑制比下限值越小。这对激光陀螺环形谐振腔装调过程中抑制比的优化控制具有重要指导意义。

零闭锁激光陀螺(ZLG)增益曲线不对称导致左、右旋陀螺的比例因子修正系数不相等，使得当陀螺稳频工作点与磁不敏感点存在频率差时，陀螺零偏对外界磁场变化敏感，降低了陀螺的精度并限制了使用环境。利用兰姆半经典理论分析计算了比例因子修正系数与增损比的关系，并得到了陀螺的磁不敏感点与放电电流的关系，从信号处理系统中排除放电电流变化对控制信号的影响，并进行了实验验证。理论计算和实验结果均表明，线性地改变陀螺放电电流，陀螺磁不敏感点位置会因增益曲线的增损比变化而发生相应线性改变，进而能够通过控制放电电流降低陀螺的磁灵敏度。