通过建立POL(Polarization Observation by The Lens-Effective Tracing)保偏光纤定轴系统仿真模型, 分析了定轴过程中光纤发生微小位移以及相机像元尺寸所产生的误差。为了减少该种误差, 实现自动对轴, 提出了一种基于POL技术的保偏光纤定轴方法——POLF(Polarization Observation by The Lens-Effective with Fiber-Focus)定轴法。对该定轴方法进行了仿真验证, 并通过对轴实验对其定轴精度进行了验证。实验结果证明POLF定轴算法能够实现优于1°的定轴精度。

分析了宽谱光源的平均波长对标度因数的影响,初步建立了开环光纤陀螺和闭环光纤陀螺标度因数的系统模型,详细讨论了平均波长和光纤陀螺第二闭环影响标度因数的机理,并进行了相关的实验,实验结果与理论分析结果吻合,验证了该系统模型的正确性。

利用像元分辨率公式和高斯光束传输理论, 设计了一种基于线阵InGaAs光电探测器的宽谱光源平均波长测试系统光路结构。在Zemax光学软件中建立了宽谱光源平均波长测试系统的光路模型, 并优化了该测试系统的光路结构参数。根据软件仿真建立的光路模型, 分析了位置偏差对准直光束平行度及系统光能利用率的影响, 得到了相应的变化曲线, 为宽谱光源平均波长测试系统的结构设计和装配提供了指导。

PIN-FET(光接收组件)探测器输出噪声是衡量其工作性能的重要指标。针对PIN-FET探测器不同的噪声来源, 对不同噪声进行了全面的理论分析, 并给出了不同噪声电流的理论计算关系。详细讨论分析了三种测量噪声大小的方法, 对比分析了它们之间的优劣。介绍了PIN-FET探测器噪声测试系统的原理, 着重分析了采用外差频谱仪测量噪声的原理, 并采用标准白噪声源替代探测器进行了测试实验。实验论证了测试方法的可行性, 为进一步研究光纤陀螺用探测器的噪声特性打下了一定的基础, 也对提高器件工作性能的研究具有指导意义。

基于光纤测量远场法原理测量光纤远场光强分布。通过改进远场法得到光纤的远场光强分布后,同时计算得到保偏光子晶体光纤的模场直径和数值孔径,使测量装置实现集成化和简便化。通过光束测试仪测量光纤的出射光强分布,光束测试仪测量的是光纤中心最大光强点的两个垂直方向上的光强分布。保偏光子晶体光纤的出射光斑是椭圆的,每个方向的模场直径、数值孔径分布并不相同。传统的测试方法不能解决这个问题。通过旋转光纤测量光纤各个方向上的光强分布,然后计算各个方向上的模场直径,最后通过拟合各个方向上的模场直径得到保偏光子晶体光纤椭圆形的模场分布。实验测得保偏光子晶体光纤椭圆光斑长短轴的模场直径分别为7.5 μm和4.2 μm,数值孔径分别为0.159和0.276。

为了实现对宽谱光源自相干函数的测量, 必须对宽谱光源干涉信号的包络进行提取。因此, 宽谱光源干涉信号包络的提取就成为了测量光源自相干函数的关键因素。针对现有的包络解调方法的不足, 建立了基于复Morlet小波的干涉信号包络提取方法。该方法采用复Morlet小波作为母小波, 通过选择适合尺度参数和位置参数, 可以有效地提取干涉信号的包络并具有良好的抗噪能力; 利用计算机Matlab仿真证明了该方法的有效性; 最后利用该方法对韩国Fiber Pro公司的白光干涉仪干涉输出信号进行包络提取,动态范围达到-60 dB。

基于双光束干涉理论和维纳辛钦定理, 推导出宽谱光源干涉特性的表达式并进行了分析。提出了基于迈克尔逊干涉仪光路测量光源自相干函数的方法。在光学设计软件Zemax的混合序列模式下建立了宽谱光源自相干函数测试系统的光路模型, 通过多重结构编辑器对参考光路和测量光路进行了仿真。单独对准直系统进行了仿真, 通过优化使系统的光线准直效果达到最佳。并根据仿真建立的理论模型,从光纤纤芯大小和对准误差这两个角度分析了它们对光线准直系统准直度和整个系统耦合效率的影响, 得到对应的变化规律, 最后通过Origin软件绘制出了相应的变化曲线, 为搭建宽谱光源自相干函数测试系统提供了基础。

为了提高陀螺的精度,提出了一种新型双光程光纤陀螺.在光纤环两端各连接一个偏振分束器,使得偏振光依次沿保偏光纤的快轴、慢轴传输两圈,其有效光程加倍,进而实现陀螺的Sagnac效应加倍.针对该光纤陀螺在温度场扰动下的非互易问题,分析了其特殊结构带来的温度致非互易误差,利用有限元分析法建立了相应的Shupe误差模型,并对光纤环90°熔点位置、光纤环折射率温度系数改变对Shupe误差影响进行了相应的理论计算与仿真分析,结果表明90°熔点置于光纤环中点或者选用折射率温度系数满足特定条件的光纤环可减小其Shupe误差.

为了获得不同温度下掺铒光纤的吸收截面谱和发射截面谱，理论分析了掺铒光纤损耗系数、吸收截面和发射截面与温度的关系。实验研究了损耗谱，吸收截面和发射截面谱随温度的变化。利用截断法测量掺铒光纤的损耗谱，通过损耗谱得到吸收截面谱，然后利用McCumber 关系算出发射截面谱，研究表明波长小于1536 nm 时，损耗系数随着温度降低而增大，波长大于1536 nm 时损耗系数随着温度的升高而增大。

光路系统的偏振误差极大地制约着双光程光纤陀螺精度的提高。为了提高新型双光程光纤陀螺的精度，利用相干矩阵和琼斯矩阵对光路中光学器件和熔接点的光学参数进行描述，通过分析顺时针光波与逆时针光波中耦合次波列与主波列间的相干叠加机理，建立了相应的偏振误差模型。利用Matlab以接近于工程实际的参数设置，对光路系统中熔接点、各光学器件缺陷对偏振误差的影响进行了仿真分析，并在此基础上提出了一种可有效抑制双光程光纤陀螺偏振误差的尾纤匹配法。仿真结果表明，通过适当的尾纤长度匹配，双光程光纤陀螺的偏振误差由0.145°/h减小为0.017°/h，其随温度变化的峰谷值也由0.25°/h减小至3×10-4°/h，双光程光纤陀螺的偏振误差得到有效抑制。