1 西北大学物理学院，陕西 西安 710127
2 西安飞行自动控制研究所飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室，陕西 西安 710076
宽谱光源驱动谐振光纤陀螺（RFOG）利用宽带光源抑制寄生噪声。然而，宽带光源引入的过量相对强度噪声（RIN）成为陀螺精度提升的主要限制因素。因此，考虑到不同光纤环形谐振腔（FRR）参数的影响，研究宽谱光源驱动RFOG中的RIN具有重要意义。基于宽带光源驱动RFOG的传输特性，构建了宽谱光源驱动RFOG中RIN的理论模型。分析了放大自发辐射源（ASE）谱宽和谐振环的分光比对腔内RIN的影响，并通过实验验证了理论结果的准确性。这些结果为减轻宽带光源驱动RFOG系统中的RIN提供了理论参考。
光纤光学 谐振式光纤陀螺 相对强度噪声 光纤环形谐振腔 光谱 宽谱光源
1 中国民用航空飞行学院飞行技术学院, 四川 广汉 618000
2 西南科技大学信息工程学院, 四川 绵阳 621000
主要对谐振式光纤陀螺单侧信号检测方法开展了研究, 探讨了热致偏振噪声对于谐振曲线产生的影响, 并设计了一种信号检测方法。针对该检测方法与传统检测方法的应用效果进行对比分析, 研究结果显示, 新方法会抑制偏振噪声对于陀螺精度的影响。根据仿真结果可知, 在温度改变0.003 ℃的情况下, 得到的归一化幅值误差显著减小, 由原先的0.2308变为0.0298, 继而验证了设计单侧检测方法的有效性, 该方法有效抑制了偏振波动噪声对于检测精度的不利影响, 提高了检测结果的准确性。
谐振式光纤陀螺 信号检测 光纤环形谐振腔 偏振波动噪声 resonant fiber-optic gyroscope signal detection fiber ring resonator polarization fluctuation noise
1 北京航天控制仪器研究所, 北京 100039
2 北京航天时代光电科技有限公司, 北京 100094
提出了一种使用固定频率窄线宽激光器作为干涉光源的闭环谐振式光纤陀螺系统。该系统利用相位调制器对干涉光进行移频控制,完成对谐振腔逆时针方向谐振频率的跟踪和锁定。建立了陀螺系统Simulink模型并仿真研究了不同速率点下的陀螺输出特性,结果表明,±200(°)/s速率范围内逆时针谐振频率锁定时间小于15ms,陀螺标度因数非线性为2.41×10-4。与采用传统频率可调谐窄线宽激光器的闭环谐振式光纤陀螺系统相比,两者锁频时间和标度因数非线性基本一致。该研究为低成本闭环谐振式光纤陀螺系统的实现提供了理论和数据支撑。
固定频率激光器 谐振式光纤陀螺 相位调制器 Simulink仿真 锁定时间 标度因数非线性 fixed frequency laser resonant fiber optic gyroscope phase modulator Simulink simulation lock time scale factor nonlinearity
谐振式光纤陀螺(RFOG)是基于Sagnac效应产生的顺时针光路与逆时针光路的谐振频率差来测量旋转角速率的光学传感器。由于Sagnac效应极为微弱,RFOG常采用信号调制解调技术提高检测精度。首先介绍了基于正弦相位调制解调的RFOG的基本原理及衡量其性能的主要指标,详细推导了基于正弦相位调制解调的RFOG系统受散粒噪声制约的理论角度随机游走(ARW)的表达式,分析了调制参数包括调制频率和调制系数对理论ARW的影响。研究表明,在给定的激光功率及光纤环形谐振腔条件下,存在一组最佳的调制参数和解调相位,用于实现ARW的最小化。以直径为12 cm、总长为29 m、测试清晰度为14.7的光纤环形谐振腔搭建了实际RFOG系统,当调制频率分别为1 MHz、600 kHz、240 kHz时,测试得到的陀螺ARW分别为0.0124,0.0072,0.0052 (°)·h -1/2。
光纤光学 谐振式光纤陀螺 Sagnac效应 正弦调制解调 角度随机游走
同济大学 电子与信息工程学院 信息与通信工程系， 上海 201804
谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyroscope，RFOG)的核心敏感部件是光纤环形谐振腔(Fiber Ring Resonator，FRR)，FRR在不同的束缚方式下表现为反射式与透射式两种结构，文章建立了两种结构的分析模型，推导出最佳工作状态下FRR的输出特性表达式。对于影响RFOG的主要噪声：背向散射噪声，通过建立两种相位调制RFOG结构，推导了两种不同结构FRR构成的RFOG在相位调制下的信号与背向散射噪声输出特性。分析了两种结构下谐振曲线最大斜率处的信号与背向散射噪声的信噪比表达式，最终证明两种结构的信噪比表达式相同，且与FRR的腔长负相关。
谐振式光纤陀螺 光纤环形谐振腔 反射式 透射式 背向散射噪声 信噪比 resonant fiber optic gyroscope fiber ring resonator reflective transmissive backscattered noise signal to noise ratio
同济大学 电子与信息工程学院 信息与通信工程系, 上海 201804
谐振式光纤陀螺（Resonator Fiber Optic Gyroscope, RFOG）的性能是多种误差和噪声共同作用的结果。分析了RFOG主要误差与噪声的产生机理, 建立了各误差与噪声的分析模型, 结合具体陀螺参数, 对误差和噪声的等效旋转速率进行了估算, 对抑制误差和噪声的有关措施进行了数值量化。以RFOG零偏稳定性0.1°/h需求为例, 为抑制背向散射噪声及背向反射误差, 相位调制移频时顺时针和逆时针光波的载波强度残留水平之积需高于112dB; 为抑制克尔效应, 顺时针和逆时针方向的光强差需控制在3.86nW以内; 地磁场方向不确定性引起的陀螺零偏稳定性约为0.7°/h。该工作为RFOG实验研究和工程设计提供了理论指导。
谐振式光纤陀螺 光纤环形谐振腔 误差与噪声 背向散射 resonant fiber optic gyroscope ring resonator error and noise backscattering
北京航天时代光电科技有限公司, 北京 100854
为抑制谐振陀螺的偏振波动噪声,提出了一体化谐振式光纤陀螺设计方案。基于特殊设计的光子晶体光纤和单偏振光纤研制了一种混合型光子晶体光纤谐振腔,该谐振腔同时具有较高的偏振消光比和良好的温度稳定性;为减小谐振腔损耗,优化了光子晶体光纤的模场直径,使其与单偏振光纤相一致,因此二者熔接损耗可被控制在0.1 dB以内,进而得到谐振腔精细度为13.2;基于该谐振腔搭建了双闭环谐振陀螺系统。测试结果表明:双闭环谐振陀螺系统具有较小的偏振波动误差特性,在300 s积分时间内陀螺输出白噪声占主导地位,零偏稳定性达到0.25 (°)·h -1;在测量范围为-240~240 (°)·s -1时,双闭环谐振陀螺系统的陀螺标度因数非线性度为2.3×10 -4,性能较单闭环陀螺系统有明显提升。
光纤光学 谐振式光纤陀螺 混合型光子晶体光纤谐振腔 零偏稳定性 单偏振光纤 中国激光
2019, 46(12): 1206003
国防科学技术大学光电科学与工程学院， 湖南 长沙 410073
保偏光纤谐振腔交叉偏振耦合引起的偏振波动是谐振式光纤陀螺的主要噪声源之一，保偏光纤偏振主轴旋转90°对接是克服偏振波动的有效方法，其对接角度误差大小对陀螺噪声抑制效果有重要影响。为此利用迈克耳孙(Michelson)白光光纤干涉仪偏振耦合测试方法，从理论上对双耦合器保偏光纤谐振腔的90°对接误差进行了分析，得到迈克耳孙光纤干涉仪输出的干涉交流项公式和干涉波形，进而计算得到双耦合器保偏光纤谐振腔的90°对接误差角度。对双耦合器的保偏光纤谐振腔90°对接角度误差控制进行了实验研究，实现了0.37°的角度对接误差。
光纤光学 谐振式光纤陀螺 保偏光纤谐振腔 偏振耦合 迈克耳孙白光干涉仪
