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,中心频率连续可调的窄线宽激光器是研制RFOG的关键元件,激光器频率噪声特性直接影响此种陀螺的性能。采用基于3×3耦合器的非平衡Mach-Zehnder干涉仪系统,对不同类型的激光器及激光频率锁定前后的频率噪声功率谱密度(PSD)进行测试,得到了不同类型激光器及激光频率锁定前后的1/f噪声和白噪声表征系数。研究结果能够为不同精度RFOG光源的选取及谐振频率伺服回路的优化提供重要的参考。
光学学报
2021, 41(13): 1306010
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
为了提高系统的互易性及有效抑制背向散射噪声对RMOG检测精度的影响,提出一种基于光开关抑制背向散射噪声的谐振式微光学陀螺。首先分析和测试实际RMOG系统中背向散射噪声的影响;然后对顺、逆时针两路光波信号进行同频调制,并利用1×2光开关施加时分复用信号使得激光信号在顺、逆时针两个方向来回切换,在时间上分离信号光和背向散射光,用于减小背向散射噪声对RMOG检测精度的影响;分析光开关的信道串扰、切换时间对背向散射噪声的抑制作用。实验结果表明,光开关能够减小背向散射噪声,减小程度受开关串扰的制约,开关切换时间需结合光波导环形谐振腔的时间常数及环路锁定时间进行优化设计。
传感器 谐振式微光学陀螺 Sagnac效应 背向散射噪声 时分复用技术 光开关 中国激光
2020, 47(10): 1010003
为了操控在非线性克尔介质中传输的光孤子, 以薛定谔方程为模型, 采用分步傅里叶数值模拟的方法, 分别研究了在非线性自聚焦克尔介质中添加高斯势垒、高斯势阱、Scarf-Ⅱ势垒(阱)和周期势垒(阱)后, 光孤子在非线性克尔介质中的传输情况.通过改变势垒(阱)的高度(深度)、高斯势垒(阱)和Scarf-Ⅱ势垒(阱)的宽度, 或者周期性势垒的周期, 可实现对光孤子的操控.随着参数取值的不同, 光孤子在传输中出现了反射、隧穿、周期性摆动、直线传播、分裂、光强增大等不同的现象.研究结果可为光开关和光控光技术提供参考.
非线性光学 光孤子 数值模拟 势垒 势阱 Nonlinear optics Solitons Numerical simulation Potential barrier Potential trap
浙江大学微小卫星研究中心, 浙江 杭州 310027
通过建模仿真，从改善陀螺输出带宽以及提高互易性噪声抑制能力出发，对单路闭环谐振式微光学陀螺（R-MOG）和双路闭环R-MOG进行了分析研究。相比于单路闭环R-MOG，双路闭环R-MOG在抑制互易性噪声的同时，能较好地改善输出带宽，并进一步提高陀螺系统的线性度。在此基础上，搭建了双路闭环R-MOG的实验系统，并进行了陀螺零偏稳定性以及输出响应特性测试。实验结果表明，陀螺1 h的零偏稳定性为0.53 °/s，在±1000 °/s转速范围内，陀螺系统的线性度为99.995%。
传感器 谐振式微光学陀螺 双路闭环 互易性噪声 带宽 中国激光
2012, 39(12): 1208003
浙江大学 信息与电子工程学系,浙江 杭州 310027
谐振式微型光学陀螺(RMOG)是利用光学萨格纳克(Sagnac)效应产生的谐振频率差来测量旋转角速度的一种新型光学传感器,光波导环形谐振腔是谐振式微型光学陀螺的核心敏感部件。利用谐振腔内单点反射简化处理,结合多光束干涉叠加原理,得出了谐振腔背向散射输出谱线的表达式。在此基础上,利用激光器输出光频率进行扫描,对研制的保偏二氧化硅光波导环形谐振腔芯片进行了谐振曲线和背向散射谱的测试,得到了描述谐振腔背向散射特性的背向散射系数,实际测试曲线和理论仿真曲线吻合较好。
集成光学 环形谐振腔 二氧化硅光波导 背向散射
浙江大学信息与电子工程系, 浙江 杭州 310027
谐振式光纤陀螺(R-FOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速度的一种新型光学传感器。针对调相(PM)谱技术的R-FOG系统方案, 研究了基于坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法的数字同步检测电路。通过单片可编程逻辑器件(FPGA)可同时实现调制信号产生、同步解调以及信号处理, 从而使R-FOG检测系统更加稳定、灵活。对基于CORDIC算法的频率合成技术和同步检测电路做了分析和测试。将设计的数字检测电路应用于R-FOG系统, 完成了陀螺转动信号的观测。
光学传感器 谐振式光纤陀螺 调相谱技术 坐标旋转数字计算机算法
浙江大学信息与电子工程系, 浙江 杭州 310027
采用有限差分光束传输法(FDBPM)分析光波在大角度交叉区域的传输过程,利用padé近似解决大角度传输问题;利用透明边界条件弥补边界光波反射现象,通过追赶法编程计算有限差分方程组,得到在一定光波导结构条件下传输损耗与交叉角度之间的关系。在此基础上,利用低压化学气相沉积技术在硅衬底上制作了二氧化硅交叉波导结构,实验结果表明有限差分光束传输法在分析大角度交叉时具有比较高的计算精度。
导波光学 交叉波导 光束传输法 大角度
浙江大学信息与电子工程系,浙江 杭州 310027
谐振式光纤陀螺(R-FOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器。利用数字调制、解调技术实现陀螺系统的闭环锁定,可以克服模拟电路的热漂移,使系统更加简单灵活。以谐振频率偏差作为研究对象,提出了基于一阶惯性环节的最简闭环锁定分析模型。利用该简化模型,对数字闭环系统中的频率反馈跟踪技术进行了研究,得到了在一定积分时间常数下环路的最佳增益系数,实现了环路的快速、稳定锁定,并在实验中得到进一步的验证。
光电子学 谐振式光纤陀螺 数字闭环系统 频率锁定技术
