安徽理工大学力学与光电物理学院，安徽 淮南 232001
研究了由探测光和泵浦光同时驱动下的复合旋转光力系统中的非线性行为，如光学双稳态行为和四波混频（FWM）现象。通过操控光力腔旋转速率大小和方向能有效调控旋转诱导产生的 Sagnac频移大小，进而能有效操控光学双稳态行为。进一步研究了该系统中的FWM现象，发现光力腔的旋转方向和旋转速率都会影响系统的FWM强度谱线，同时FWM强度减小或增大会加剧或抑制系统共振区域的模式分裂现象。此外，还探讨了外力对复合旋转光力系统中FWM现象的影响，发现：外力会破坏系统FWM强度谱的对称性，并且在同一旋转速率下，外力的增强会使得FWM强度显著增大；在同一外力下，旋转速率的增大会降低系统的FWM强度。
非线性光学 旋转光力系统 Sagnac效应 光学双稳态 四波混频
1 南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测教育部重点实验室，江西 南昌 330063
光纤语音传感器具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高和传感距离远等优势，但用其进行语音探测时往往存在较大的噪声，极大影响了语音信号的质量。为了对语音信号进行降噪处理，针对光纤语音传感系统提出了一种基于端点检测的多窗谱估计谱减法。通过端点检测判断噪声帧与语音帧，以实现噪声平均幅值的估计。搭建的直线型Sagnac光纤语音传感实验结果表明，相比传统谱减法及多窗谱估计谱减法，本方法对背景噪声的抑制效果更好，降噪后语言信号的信噪比可提高2～3 dB。
测量与计量 Sagnac效应 声音传感 谱减法 端点检测 语音降噪 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1106002
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
1 中国电子科技集团公司第二十七研究所, 河南 郑州 450047
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
Sagnac干涉仪在光学滤波领域有着重要应用。基于三维氮化硅波导平台,利用双层的多微环系统实现了新型类Sagnac谐振滤波系统,其中底层主微环腔分别与顶层输入/输出波导和单/双子微环实现了反馈耦合。光经耦合区域产生了两束相向传输并互相干涉的光波,从而实现了滤波波形和谐振峰位可调的滤波结构。基于传输矩阵和迭代方法分析输出光谱,通过改变波导与微腔的耦合系数设计输出光谱波形,利用金属加热电极调制主微腔的相位以调控谐振峰位。理论分析和实验表征结果表明,通过增加顶层子微环数可有效增强器件的密集滤波效果,此三维集成结构可提供更多的设计自由度。相关的多微环谐振滤波系统可以广泛应用于光通信和光传感等领域。
集成光学 Sagnac效应 集成光子器件 微环谐振器 氮化硅 中国激光
2020, 47(11): 1113003
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
研制了一种探针型的萨格纳克型光纤振动传感器, 利用贝塞尔函数递推公式推导了振幅的测量算法。传感器使用980nm激光通过掺饵光纤泵浦出的1550nm的宽光谱光源, 利用振动源在光纤环中产生的非互易相位调制, 在输出端获得干涉信号。利用传感器对频率为8.1kHz到11.3kHz的振源进行了测量, 实验数据与仿真分析一致, 频率测量误差不超过0.6%, 振幅测量数据的离散程度较小。
萨格纳克效应 振动传感器 光纤传感器 贝塞尔函数 sagnac effect vibration sensor fiber optics sensors bessel function
1 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室, 江苏 南京 210016
2 安徽工业大学电气与信息工程学院, 安徽 马鞍山 243002
冲击定位可为结构冲击损伤提供准确的位置信息。基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器存在解调频率低、需要训练样本等缺点,提出了一种利用光纤Sagnac传感技术实现结构冲击定位的方法。基于此方法的传感系统主要由宽带光源、光纤Sagnac干涉仪、光探测器以及数据采集与处理单元构成。当粘贴在结构表面的传感探头受到冲击应力波作用时,Sagnac干涉仪相位受到调制,从而导致输出的光强发生变化,通过光探测器将光信号转换为电压信号输出。首先,对传感系统采样的时域信号进行小波降噪和去直流干扰处理,再利用Db4小波包进行能量特征提取与信号重构,并获取应力波到达2端的传感器的时间,最后利用时差法进行冲击定位。为了验证该冲击载荷定位系统的有效性,对长度为100 cm的钢管结构进行了35次低速冲击实验。结果表明,该方法可以有效地识别冲击位置,最大定位误差和最大均方根误差分别为0.65 cm和0.36 cm。研究结果可为结构冲击定位提供另外一种可靠的方法。
光纤光学 光纤传感器 Sagnac效应 小波包分析 冲击定位 时差法 光学学报
2018, 38(10): 1006004
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Instrumentation Science and Dynamic Measurement of Ministry of Education, North University of China, Taiyuan 030051, China
The resonator integrated optic gyros (RIOGs) based on the Sagnac effect have gained extensive attention in navigation and guidance systems due to their predominant advantages: high theoretical accuracy and simple integration. However, the problems of losing lock and low lock-in accuracy are the bottlenecks, which restrict the development of digital RIOGs. Therefore, a multilevel laser frequency lock-in technique has been proposed in this Letter to address these problems. The experimental results show that lock-in accuracy can be improved one order higher and without losing lock in a variable temperature environment. Then, a digital miniaturized RIOG prototype (18 cm × 18 cm × 20 cm) has been produced, and long-term (1 h) bias stability of 26.6 deg/h is successfully demonstrated.
060.2800 Gyroscopes 120.5790 Sagnac effect 140.5960 Semiconductor lasers Chinese Optics Letters
2018, 16(4): 040601
西安现代控制技术研究所, 陕西 西安 710065
基于胡克定律和弹光效应, 建立了冲击机械应力作用下萨奈克光纤环非互易性相位误差产生的数学模型, 讨论了黏结剂的杨氏模量对萨奈克光纤环的影响, 通过仿真和实验验证了光纤黏结剂杨氏模量的大小对萨奈克光纤干涉仪误差的影响。结果表明黏结剂杨氏模量越大, 系统性能越稳定。
光纤光学 萨奈克效应 干涉仪 弹光效应 冲击
Author Affiliations
Abstract
1 School of Instrument Science and Opto-electronics Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China
2 National Key Laboratory on Inertial Technology, Beihang University, Beijing 100191, China
A simple wavelength-independent scale factor model is established for a closed-loop interferometer fiber optic gyroscope (IFOG) and a method to keep the scale factor radiation tolerant and temperature stable in a high performance IFOG for space application is proposed. The half-wave voltage (Vπ) of the multifunction gyro chip at different wavelengths and temperatures is measured and the radiation-independent inherent parameter of the modulator is picked out and found be proportional to the temperature and slightly wavelength dependent. An experimental IFOG is developed and the scale factor is measured at different temperatures and under Co60 irradiation, respectively. Less than a 10 ppm scale factor instability is achieved within the 40°C to +60°C temperature range and more than 100 krad(Si) total radiation dose.
060.2370 Fiber optics sensors 060.2800 Gyroscopes 130.3120 Integrated optics devices 120.5790 Sagnac effect Chinese Optics Letters
2016, 14(11): 110605
