1 华中科技大学人工智能与自动化学院，湖北 武汉 430074
2 多谱信息智能处理技术全国重点实验室，湖北 武汉 430074
3 华中光电技术研究所武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430223
通过对光纤陀螺温度漂移的剖析推导，分析了温度扰动引起陀螺漂移误差的深层次原因，并结合过程相关性理论，对各个温度项影响因子与光纤陀螺实际输出相关性进行验证分析，提出一种同时考虑温度、温变速率、温度梯度以及三者乘积耦合项的算法补偿模型。对该模型的补偿效果进行离线补偿验证，结果表明，采用该算法补偿模型能明显抑制光纤陀螺的变温零漂。为了进一步验证该模型的有效性，把离线获得的补偿参数载入陀螺存储器，经过多样本实验测试，补偿后可有效提高光纤陀螺的全变温零偏稳定性，验证了该补偿算法在工程上的可实施性和推广价值。
光纤光学 光纤陀螺 Shupe 效应 光纤环圈 温变速率 补偿算法
中国电子科技集团公司 第三十四研究所，广西 桂林 541004
针对特殊应用领域对高可靠性、轻量化、输出功率大于100 mW、重频大于50 MHz的飞秒激光器的需求，设计了一种Figure-9腔锁模全保偏掺铒光纤飞秒激光器，通过在腔锁模振荡器中引入π/2相移偏置，降低了振荡器的自启动锁模阈值。实验结果表明：当泵浦功率为130 mW时，振荡器可获得平均功率为12 mW、重频为85.89 MHz、脉冲宽度为249 fs的稳定锁模脉冲序列输出；采用一级正色后向泵浦散掺铒增益光纤放大器进行放大后，最终可获得平均功率为113 mW、脉冲宽度为107 fs的飞秒脉冲序列输出。
保偏 Figure-9腔 激光器 锁模 非线性放大光纤环 polarization maintaining, Figure-9 cavity, laser,
强激光与粒子束
2023, 35(9): 099004
1 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024
通过混沌相关光纤环衰荡传感系统实时监测氧化石墨烯沉积过程，并采用氧化石墨烯功能化锥形光纤作为传感元件对血红蛋白传感进行了实验研究。通过实时监测氧化石墨烯对锥形光纤功能化过程中衰荡时间的变化，分析了功能化过程中锥形光纤表面羟基化、硅烷化和氧化石墨烯沉积对光传输损耗的影响。通过扫描电子显微镜对氧化石墨烯功能化锥形光纤效果进行检测。研究了不同浓度的氧化石墨烯功能化锥形光纤作为传感元件时对血红蛋白传感灵敏度的影响，实验结果表明：与未功能化锥形光纤相比，使用氧化石墨烯功能化锥形光纤进行血红蛋白传感，灵敏度提高了一个数量级。在功能化过程中，氧化石墨烯浓度将影响功能化后锥形光纤的传感灵敏度，且随着浓度的增加传感灵敏度增强。该研究成果有望在生物传感领域得到应用。
医用光学与生物技术 锥形光纤 氧化石墨烯 光纤环衰荡 血红蛋白 传感 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0517001
1 广东工业大学信息工程学院，广东 广州 510006
2 广东省信息光子技术重点实验室，广东 广州 510006
3 中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
采用能增强瑞利散射效率的光纤随机光栅作为掺铥光纤随机激光器的随机分布反馈介质，光纤环镜下激光器形成半开腔结构，在793 nm半导体激光器泵浦下，实现了波长为1951 nm的单波长随机激光输出。激光器的泵浦阈值功率为2.1 W，比已报道的相同泵浦波长的掺铥光纤随机激光器的阈值低40%。在泵浦功率为6 W时，获得的激光输出功率为142.9 mW，边模抑制比为43 dB，输出激光在1 h内的波长偏移量小于0.1 nm，功率波动小于3.7 mW，具有良好的稳定性。
激光器 随机激光器 瑞利散射 掺铥光纤激光器 光纤随机光栅 光纤环镜
1 中北大学仪器与电子学院，山西 太原 030051
2 山西省自动化检测装备与系统工程技术研究中心，山西 太原 030051
针对目前光纤环缺陷检测方法可靠性低、实用性差的问题，提出一种基于改进低秩表示模型的光纤环缺陷检测算法。基于低秩表示理论对缺陷检测问题进行模型构建，将无缺陷的光纤环图像建模为低秩结构，将缺陷建模为稀疏结构；同时将拉普拉斯正则化约束项施加到低秩表示模型中，以扩大缺陷区域与背景之间的差距；为了提高算法的效率，采用幂法迭代的思想来实现奇异值分解。通过实验对算法进行验证，结果表明，所提算法对不同类型的缺陷均具有良好的检测性能，且与其他算法相比，取得最优的表现。
光纤环 缺陷检测 低秩表示 奇异值 幂法迭代 激光与光电子学进展
2022, 59(22): 2215008
北京自动化控制设备研究所 惯性技术国防科技重点实验室, 北京 100074
无人机、机器人以及自动驾驶等领域对光纤陀螺尺寸、重量、成本综合性能提升有着迫切的需求, 具有小体积、高性能、低成本等技术优势的集成化光纤陀螺成为目前的研究热点。文章梳理了美国、俄罗斯等在集成化光纤陀螺方面的最新研究成果和产品技术动态, 从集成光学芯片设计加工、微小型高对称光纤环圈绕制、集成光学芯片与微小型光纤环圈直接耦合三个方面, 阐述了集成化光纤陀螺面临的技术和工艺难题, 分析了解决方案。最后, 展望了集成化光纤陀螺的未来发展趋势和应用前景。
集成化光纤陀螺 集成光学芯片 微小型光纤环圈 直接耦合 integrated fiber optic gyroscope integrated optical chip miniature fiber coil direct coupling
1 上海航天控制技术研究所，上海 201109
2 中国科学院上海光学精密机械研究所， 上海 201800
为了在较低泵浦功率下实现单纵模双波长激光信号的输出，进而获得窄线宽的高频微波信号，设计并实验了一种基于复合滤波结构的窄线宽高频微波信号产生装置。通过8字腔结构布里渊增益腔和反射式光纤光栅构成的波长选择滤波器实现了4倍布里渊频移间隔的双波长斯托克斯光信号输出，采用200 m长单模光纤作为增益介质，同时与50 m长单模光纤构成级联光纤环结构，采用三端口耦合器与2 m长未泵浦的保偏掺铒光纤构成萨格纳克环结构，利用级联光纤环结构和萨格纳克环结构的复合滤波作用实现了斯托克斯光信号模式的选择，使输出的斯托克斯光信号由多纵模运行状态变为单纵模运行状态。实验证明：通过对输出的单纵模双波长斯托克斯光信号进行拍频检测可得42.85 GHz的高频微波信号产生，线宽为38 kHz；通过改变可调谐泵浦激光器的输出波长，可实现42.25~43.51 GHz范围内的频率调谐；通过稳定性测试，产生的42.85 GHz高频微波信号的频率变化在0.83 MHz内，峰值功率变化在±0.8 dB内，稳定性良好，满足实际应用需求。
光纤光学 高频微波信号 级联光纤环 萨格纳克环 fiber optics high frequency microwave signal cascaded fiber ring Sagnac ring 红外与激光工程
2021, 50(10): 20210074
北京航天时代光电科技有限公司, 北京 100094
将光纤环接入光纤陀螺系统,用全温零偏极差评价其温度性能是光纤环常用的评价方法。针对全温零偏极差因仅能判断光纤环温度性能而对后期应用指导作用不明显的问题,提出光纤环等效不对称长度的概念和基于此判据的光纤环温度性能评价方法。通过量化分析,明确了等效不对称长度的测试方法,验证了等效不对称长度用于评价光纤环温度性能的可行性以及该参数对应用的指导效果。实验结果显示,光纤环等效不对称长度与全温零偏极差近似线性相关,根据该参数对称性调整3只光纤陀螺,在温度变化率为1 ℃/min和2 ℃/min下测试时,其温度性能均得到明显改善。由此表明等效不对称长度不仅能准确评估光纤环温度性能,同时对光纤环应用具有较强的指导意义。
光纤光学 光纤陀螺 光纤环 等效不对称长度 Shupe误差 评价方法 光学学报
2021, 41(23): 2306002
北京航天时代光电科技有限公司, 北京 100094
Shupe误差是影响高精度光纤陀螺工程应用的主要技术瓶颈之一,针对高精度光纤陀螺装配封装后温度性能劣化的问题,对光纤陀螺光路进行了温度误差分析,揭示了干涉光路装配应力对Shupe误差的影响机理,并对不同状态下装配应力引入的温度误差进行了测试,选取初装全温零偏极差均为0.11 (°)/h的3只光纤陀螺,并以粘接光纤环和Y波导尾纤的方式控制装配应力对称性,当尾纤粘接长度为30 cm时,2只装配应力对称性较差的光纤陀螺全温零偏极差变为0.24 (°)/h和0.43 (°)/h,温度性能出现明显劣化,装配应力对称性较好的光纤陀螺全温零偏极差为0.13 (°)/h,温度性能未出现明显劣化。实验结果表明,干涉光路装配应力不对称会引起光纤陀螺温度性能出现明显劣化,且劣化程度与装配应力对称性直接相关,装配应力对称性越好,温度性能劣化越小。
测量 光纤陀螺 光纤环 应力对称性 Shupe误差 热应力 光学学报
2021, 41(21): 2112002
