干涉式光纤陀螺在空间环境下受粒子辐射、电磁场等多种物理场共同影响, 使角速度输出误差劣化。文章通过分析光纤陀螺磁场误差主要来源, 推导了光纤陀螺磁场误差模型。基于磁场误差模型探究辐射对磁场误差相关参数的影响, 建立辐射诱导磁场误差变化理论模型。在此基础上, 通过影响机理分析和实验验证, 确定辐射主要通过影响维尔德常数和光纤应力双折射进而影响光纤陀螺输出零偏。进一步地, 通过搭建小型化光纤陀螺样机, 对保偏光纤环进行辐射处理并进行了相应磁场误差测试。测试结果表明, 光纤陀螺磁场误差随辐射总剂量发生变化, 其变化规律符合辐射诱导磁场误差变化模型。

光纤陀螺已成为航天器惯性导航与姿轨控制的主选器件。经过几十年的技术攻关，北京航空航天大学形成了成熟的光纤陀螺技术体系，研制了适用于各种空间应用需求的光纤陀螺系列产品。对北京航空航天大学光纤陀螺空间应用的若干关键技术加以综述。基于高可靠和小型化要求，介绍了双光源四轴光纤陀螺方案，阐述了光纤陀螺在轨故障诊断技术；为进一步实现小型化，介绍了小型三轴一体光纤陀螺配置方案以及利用时分复用技术实现的最简三轴陀螺配置方案；介绍了进一步提高组件级抗辐照性能的基于保偏光子晶体光纤的光纤陀螺方案。基于上述关键技术和配置方案的系列光纤陀螺产品，已在数十次空间任务中发挥了重要作用。

为提高光纤布拉格光栅(FBG)形状传感器的形状重建精度，减小光栅点的重建位置误差，设计了一种FBG传感元件结构。通过建立传感元件应变传递力学模型，推导出平均应变传递率表达式，并结合传感元件有限元仿真模型，分析了相关结构参数对传感元件应变传递率的影响，将有限元仿真与理论计算结果进行对比，验证了理论模型的有效性。进而分析了应变传递率对传感系统形状重建精度的影响，得出当光栅点应变传递率保持在90%以上时，光栅点的重建位置误差将保持在0.08mm内。该研究表明，通过合理控制影响参数，可有效提高传感元件应变传递效率，减小传感系统形状重建位置误差，从而提高光纤形状传感器的形状重建定位精度。

在原子光学、量子通信、生物医学、食品安全和激光测量研究等领域, 常常需要对荧光信号进行测量。而这些荧光信号的强度往往十分微弱, 一般的探测方法难以检测。因此, 针对微弱原子荧光光场分布信息的探测需求, 设计搭建了一套测量系统。选用硅光电倍增管作为测量系统的探测元件, 设计了跨阻放大电路来实现微弱电流信号的放大, 并利用MultiSim软件对电路进行仿真分析, 最终完成了测量系统的搭建、实现了对微弱光场的测量。实验结果表明, 该系统可以很好地满足微弱光场分布信息的测量需求。

对掺铒光纤进行了伽马辐照实验, 根据辐照前后掺铒光纤的吸收系数和发射系数测试数据, 计算了掺铒光纤的吸收截面和发射截面。基于幂律模型建立了掺铒光纤吸收截面和发射截面的辐射模型。将吸收截面和发射截面的辐射模型代入掺铒光纤光源模型中, 仿真分析了掺铒光纤的辐射效应对掺铒光纤光源输出光谱及其特征参数的影响。结果表明: 与辐照前相比, 掺铒光纤被辐照后, 光纤光源的输出功率从9.32 mW衰减到4.30 mW; 平均波长从1531.60 nm漂移到1531.19 nm; 谱宽从8.79 nm变化到6.78 nm。最后通过实验验证了仿真结果的正确性。

研究了辐射剂量对光纤辐射致衰减及其对辐射致衰减温度依赖性的影响.对锗磷光纤进行不同辐射剂量的辐照，搭建了光纤辐射致衰减实验装置用以分析辐射剂量对光纤辐射致衰减的影响.用辐照并充分退火后的光纤搭建光纤辐射致衰减温度依赖性实验装置进行测试，对锗磷掺杂光纤的辐射致衰减与辐射剂量间进行了模型分析.分析发现:锗磷掺杂光纤在1 310 nm的辐射致衰减主要取决于P1心,但吸收峰位于紫外可见波段的POHC色心等也会对光纤在1 310 nm波段的光纤辐射致衰减产生影响，尤其是在高辐照剂量的情况下.实验结果表明，随着辐照剂量的增加，光纤的辐射致衰减显著增加.经过不同辐射剂量辐照并充分退火的锗磷光纤，在－40℃~60℃温度范围内光纤辐射致衰减具有单调稳定的温度依赖性.且光纤辐射致衰减的温度灵敏度随着辐照剂量的增加而增加.该研究不仅可以使光纤在复杂辐射环境中更好地使用，而且还可以利用光纤辐射致衰减稳定的温度依赖性研制温度传感器.

Radiation-induced attenuation (RIA) in four types of polarization-maintaining optical fibers for interferometric fiberoptic gyroscope (IFOG) at 1310 nm is measured. The measurements are conducted during and after steady-state γ-ray irradiation using a 60Co source in order to observe significantly different RIA behavior and recovery kinetics. Mechanisms involving dopants and manufacturing process are introduced to analyze the RIA discrepancy as well as to guide the choice and hardening of optical fibers during the design of IFOG. Medium-accuracy IFOG using Ge–F-codoped fiber and pure silica core fiber can survive in the space radiation environment.

为了有效减小多轴光纤陀螺组合的功耗、体积和重量，实现光纤陀螺组合的微小型化，应用分时复用技术，提出了一种基于3×3耦合器，工作在850 nm短波长的光纤陀螺分时复用组合结构。分析了陀螺输出数据处理方法，得到了分时复用光纤陀螺组合的相对极限零偏稳定性。建立了分时复用光纤陀螺切换模型，揭示了分时复用导致光纤陀螺轴向切换必然存在一个过渡过程，分析了过渡过程对陀螺组合静态、动态特性的影响。结果显示，光纤陀螺组合的相对零偏稳定性是传感方法的2.1倍，最大输入信号检测带宽为1.1 kHz,标度因数的不对称性和非线性度均小于50×10-6。最后，通过仿真进行了实验验证，结果表明，该技术可以用于中低精度微小型多轴光纤陀螺组合中。