北京自动化控制设备研究所惯性技术国家重点实验室，北京 100074
本文针对谐振式光纤陀螺应用需求，提出一种基于激光器温度和 PZT协同控制的频率跟踪锁定控制方案，综合利用激光器温度调谐所具有的大范围、PZT电压调谐的高精度高动态技术优势，实现光纤激光器中心频率对谐振腔谐振频率的跟踪锁定。进行了透射式谐振信号的数学仿真，对温度和 PZT协同控制方案进行了硬件设计和算法仿真，重点分析了频率跟踪锁定方案中控制参数对锁定稳定性的影响情况。完成了激光器频率锁定系统的研制，实现了激光器中心频率对谐振腔谐振频率的高精度、长时间跟踪锁定，常温条件下 1 h频率跟踪锁定精度为 4.8×10-9，变温条件下 5.5 h频率跟踪锁定精度低至 9.74×10-8。上述研究工作为谐振式光纤陀螺长期性能提升奠定了重要的技术基础。
谐振式光纤陀螺 频率锁定 温度调谐 PZT控制 resonator fiber optic gyroscope frequency locking temperature tuning PZT control
Author Affiliations
Abstract
1 College of Electronics and Information Engineering, Tongji University, Shanghai 201806, China
2 Shanghai Aerospace Control Technology Institute, Shanghai 201109, China
3 Shanghai Engineering Research Center of Inertia, Shanghai 201109, China
A resonator fiber optic gyro with the light time-division input and multiplexing output (TDM-RFOG) in the clockwise (CW) and counterclockwise (CCW) directions is proposed. The light time-division input in the CW and CCW directions can effectively suppress the backscattering induced noise. The TDM-RFOG is implemented with the 2 × 2 Mach–Zehnder interferometer (MZI) optical switch. The response time of the fiber ring resonator is analyzed, and it is demonstrated by experiments that light time-division input in the CW and CCW directions can reduce the backscattering induced noise. The suppression effectiveness of backscattering induced noise in the TDM-RFOG is determined by the extinction ratio of the optical switch, so a closed loop is designed to adjust the phase shift difference between the two arms of the MZI optical switch to control the extinction ratio. The method using two arms of the MZI optical switch with twin 90° polarization-axis rotated splices is proposed to make the extinction ratio along both slow and fast axes greater than ?70 dB.
resonator fiber optic gyroscope Mach–Zehnder interferometer backscattering induced noise Chinese Optics Letters
2020, 18(3): 030601
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
激光器是谐振式光纤陀螺(RFOG)的重要组成部分, 其光学噪声严重地限制了RFOG的输出精度。通过建立激光器偏振特性的数学模型, 分析了激光器的偏振消光比、对轴误差和偏振本征态相位差对RFOG性能的影响, 并通过实验验证了模型的正确性。此外, 提出一种基于强度调制基频解调信号的方案, 以补偿RFOG中非理想偏振态的振幅波动。实验表明, 利用该方案可将非理想偏振态下振幅波动引起的陀螺输出波动减小12dB以上。
谐振式光纤陀螺 激光器偏振特性 噪声补偿 声光移频器 标度因数非线性度 resonator fiber optic gyroscope polarization characteristic of laser noise compensation acoustooptic modulator scale factor nonlinearity
中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所, 陕西 西安 710065
光纤克尔效应是影响谐振式光纤陀螺(RFOG)性能提升的重要因素之一。以光纤克尔效应为基础, 结合Sagnac效应, 建立RFOG克尔效应零偏误差的理论模型, 分析谐振腔内顺、逆时针光路中输出耦合器的耦合比之差以及谐振腔两臂长度差对陀螺零偏误差的影响, 提出结合RFOG结构设计的光强控制方案, 并通过4轮实验验证该方案的有效性。结果表明, 该方案能有效抑制克尔效应, 零偏误差从0.150 (°)/s降低至0.017 (°)/s, light path零偏稳定性从1300 (°)/h提升至140 (°)/h, 陀螺样机性能提升近1个数量级。
光纤光学 谐振式光纤陀螺 克尔效应 动态反馈 光强控制 激光与光电子学进展
2017, 54(10): 100606
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(PMF)谐振腔是谐振式光纤陀螺的核心元件, 在谐振腔中由于偏振耦合引起的偏振波动是陀螺的测量误差的主要来源之一, 而PMF偏振主轴旋转90°对接是克服谐振腔偏振波动的有效方法。对90°对接的双耦合器PMF谐振腔的谐振特性和偏振特性进行了理论分析, 采用锯齿波扫描的方法对90°对接的双耦合器PMF谐振腔的谐振特性和偏振特性进行实验研究, 得到理论响应和实验响应曲线。实验测得谐振腔的精细度为24, 谐振深度为0.9615, 两本征偏振态之间的相位间隔为179.65°, 证明了90°对接双耦合器PMF谐振腔的良好偏振特性。
光纤光学 谐振式光纤陀螺 保偏光纤谐振腔 谐振特性 偏振特性
国防科学技术大学光电科学与工程学院,长沙,410073
对采用方波频率调制数字闭环谐振型光纤陀螺中克尔效应的影响进行了深入的理论分析.分析表明,由克尔效应引起的陀螺误差不仅与光纤环内两相反方向光束的光强差有关,而且还依赖于两路光波频率调制的调制幅度.通过适当调节两光束的频率调制幅度,可有效地实现克尔效应误差的消除.这种基于方波频率调制的克尔效应误差消除方法利用了方波调制的特点,通过调节调制幅度实现误差消除,无需额外光学元件,对强度调制器调制频率要求低,是数字谐振型光纤陀螺系统中消除克尔效应误差的有效方法.
谐振型光纤陀螺 克尔效应 误差消除 方波频率调制 Resonator fiber optic gyroscope Kerr effect Bias reduction Square-wave frequency modulation
