程长控制镜是保持环形谐振腔腔长稳定的重要器件之一, 温度变化引起的热形变直接影响环形谐振腔的光路形状和光束质量。首先利用ANSYS软件建立了程长控制镜的有限元仿真模型, 分析了不同温度条件下程长控制镜的温度场及耦合场, 得到了程长控制镜反射镜面中心形变量云图, 对变温条件下程长控制镜反射镜面中心形变规律进行了研究, 得到了反射镜面中心形变量与温度的关系函数。然后, 通过扫模实验和温度实验验证了有限元模型的正确性, 计算相对误差为2.5%。最后, 仿真分析了程长控制镜各个部件导热系数、杨氏模量、线膨胀系数的影响规律。不同材料参数下, 导热系数以及密度对形变量影响较小, 杨氏模量和线膨胀系数对形变量影响较大, 形变量与杨氏模量成反比, 与线膨胀系数成正比。本文首次研究了常温、高低温及变温条件下程长控制镜的温度场和耦合场, 并对材料参数的影响规律进行了定量分析, 研究结果对程长控制镜的材料选择与优化设计有一定指导意义。

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。

腔长控制机构在激光陀螺中通过控制腔长来保证激光陀螺工作光束的频率稳定,其对激光陀螺性能的提高有着重要意义。针对激光陀螺工作过程中,传统腔长控制机构的控制镜扭偏导致光束在腔中的位置偏移毛细孔的中心位置,引起腔内的散射、损耗发生变化从而影响陀螺性能及精度的问题,对激光陀螺腔长控制机构进行了研究,并设计了一种新的腔长控制机构以减小控制镜的扭偏对陀螺产生的影响。利用有限元分析法对新腔长控制机构进行了优化设计和仿真。试验表明,新的腔长控制机构减小了控制镜的扭偏,使得激光陀螺的零偏稳定性由0.7°/h提高至0.3°/h。

为了降低四频差动激光陀螺（FMDLG）零偏对外界因素影响的敏感性，采用了最佳工作点实时控制技术。该技术使用色散平衡和稳频偏置的方法，对增益区磁场和失谐频率进行小幅度正弦调制，在FMDLG输出零偏中解调出误差信号，经负反馈控制回路使FMDLG在对外界干扰敏感性最小的唯一最佳工作点下工作。与仅使用光强差进行稳频的传统方法相比，最佳工作点控制技术大大降低了FMDLG的磁敏感度和零偏稳定性，证实了FMDLG最佳工作点实时控制技术的有效性；静态、动态测试实验结果证明了该技术的正确性。

为了减小四频差动激光陀螺(FMDLG)对外界干扰的敏感性，设计了自适应程长控制系统使之工作于最佳工作点。对FMDLG的程长进行小抖动正弦调制，利用相敏检波技术从光强中提取调制信号的基波和二次谐波幅度。上述两个信号和光强一起用来实现自适应程长控制，它包括自动增益控制、自动调制幅度控制和程长控制3个环路。实验表明，自适应控制可有效消除光学和电子元件参量以及光强变化对控制系统的影响，而且可使FMDLG稳定地工作在最佳工作点上，从而降低其磁灵敏度。

激光陀螺比例因子的修正量是其一项重要的误差源，为深入研究此修正量的实际大小，文章针对某型激光陀螺进行了理论计算及实验验证，得到了比例因子在不同腔频下的调谐曲线。实验数据表明，对比例因子精度要求不超过1×10-7时，则稳频的影响比较小，这对稳频电路的设计具有一定的参考意义。

为研究激光陀螺腔长控制反射镜结构参数对其性能影响，提出了建立腔长控制镜弹性、压电体耦合有限元模型并进行直接耦合场有限元分析的方法。通过编制ANSYS有限元软件宏文件，实现有限元模型与结构尺寸的自动同步。对某型激光陀螺腔长控制镜仿真计算表明，反射镜环槽内外径以及变形筋的厚度对其光程调节能力影响最大，并在此基础上实现了该型控制镜的优化设计。实验表明该方法对激光陀螺腔长控制镜的结构设计具有一定的指导意义。

爪盘结构程长控制镜由于其稳定性好等优点,已越来越广泛地应用于激光陀螺的腔长控制,但这种只有程长控制能力的控制镜,对陀螺腔体变形等原因引起的谐振光路变化却是无能为力。通过分析该类腔长控制镜的特点,提出了一种新颖的具有角度控制功能的光路程长控制镜。在原有的控制镜上增加一组角度控制部件,使其不仅有程长控制功能同时还具备了光路控制功能的方法,设计了新的槽片及角度控制元件,研制出了高性能的光路程长控制镜。系统地对控制镜的性能进行了测试。结果表明,它不仅稳定性好(陀螺使用温度范围内最大歪扭变化量小于0.3″),而且灵敏度高(大于0.1″/V)。

根据激光陀螺的使用要求，针对传统槽片在结构和材质上给加工和陀螺性能所带来的不利因素，设计一种集微晶玻璃和熔石英玻璃的优点于一体的新型槽片结构。其基体采用与陀螺腔体材料相同的底膨胀系数的微晶玻璃，反射片采用抛光表面特性很好的熔石英玻璃，通过光胶接合组成一个完整的新型槽片。并针对新的槽片结构提出了与之相应的陀螺腔体贴片面加工方案，使其既能配合新结构的槽片又不增加腔体的制造难度。同时还提出和实现了在加工中采取球面部件与槽片基体分开加工的方式，使得新结构槽片不仅解决了长期困扰陀螺制造行业的因石英槽片易漏氦而引起的陀螺存储寿命相对较短的问题，同时还降低了球面基片超光滑表面加工难度和加工成本。

分析了激光陀螺在经历外部环境温度变化时光强和性能发生变化的原因，提出了利用新型腔长角度控制镜(光路程长控制镜)的角度控制元件作为驱动器件，应用类似小抖动稳频的原理对激光陀螺环形光路进行闭环控制，并通过对各光路控制单元采取分时控制的办法解决了光路稳定过程中的调制信号的冲突，使激光陀螺在环境变化时始终保持其光程长和光路相对位置的稳定从而保证其性能的稳定。实验结果表明，对原来在全使用温区(-40 ℃～+60 ℃)光强变化达30%甚至只要有光的，通过光路稳定措施可将光强稳定在±3%以内，对于有些在高低温时不能出光的，也可以达到可使用的光强稳定水平。较好地解决了许多激光陀螺难以克服的耐高、低温冲击问题。