基于激光器频率谱检测技术,沿着光的传输方向分析了光波在谐振式集成光学陀螺系统中的传播，结合输入信号特征，建立频域内的数学模型，通过数值仿真和实验得到了调频检测系统下的解调曲线。按照光的传输方向: 激光器、声光晶体移频器、光波导环形谐振器、探测器，利用贝塞尔函数展开和光场耦合模理论分析了谐振式集成光学陀螺解调特性，及其调频调制检测系统解调输出信号与谐振频率偏差之间的关系。通过数值计算,分析了解调曲线的变化规律,得到了施加在激光器压电陶瓷驱动器上调制波形的最佳调制系数。在实验上搭建了激光器频率调制解调技术系统，得到了解调曲线。数值仿真和实验结果表明，当调制系数M=2时，线性工作区间斜率最大，解调曲线最好。实测形状与理论分析结果相符，从解调信号得到±2×103 rad/s的陀螺动态范围。
谐振式集成光学陀螺 激光频率光谱 解调特性 解调曲线 resonator integrated optical gyro laser frequency modulation demodulation characteristics demodulation curve
1 北京航空航天大学 微纳测控与低维物理教育部重点实验室, 北京 100191
2 北京航空航天大学 新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室, 北京 100191
3 北京航空航天大学 惯性技术重点实验室, 北京 100191
针对目前谐振式集成光学陀螺(IORG)输出检测精度与其理论极限灵敏度存在两个数量级差别的情况, 分析了IORG系统中存在的主要噪声源; 搭建了基于单光路锁频和单光路输出的IORG噪声分离系统; 分别对无光情况下信号检测系统中各部分的噪声以及陀螺静态频率锁定情况下各部分的噪声影响进行了测试与分析; 得到了系统的噪声分布情况。实验结果表明: 光路噪声以及包括探测器热噪声和散粒噪声的电路固有噪声为系统的主要噪声源。
导波光学 谐振式集成光学陀螺 频率跟踪与锁定 噪声分离 guided wave optics integrated optical resonator gyroscope frequency tracking and locking noise separation
1 北京航空航天大学微纳测控与低维物理教育部重点实验室, 北京 100191
2 北京航空航天大学惯性技术重点实验室, 北京 100191
3 北京航空航大大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室, 北京 100191
在基于模拟三角波相位调制技术的谐振式集成光学陀螺(IORG)调制方案中，调制三角波参数受外界环境等变化而产生波动是陀螺输出误差的主要来源之一。给出了调制三角波参数与陀螺输出的特性关系；分析了调制三角波参数波动与陀螺标度因数的变化关系；仿真计算了调制三角波参数波动与陀螺输出非线性度的关系。搭建了IORG实验系统，通过采用精密高频波形产生器产生调制三角波，得到了1 h零偏稳定性为0.69(°)/s，±500(°)/s动态范围内非线性度为0.96%的陀螺输出。实验验证了理论分析计算方法的正确性以及采用模拟三角波调制方法改善集成光学陀螺检测精度的可行性。
集成光学 谐振式集成光学陀螺 调制频率 调制峰峰值 调制误差
1 东南大学先进光子学中心, 南京 210096
2 淮阴工学院电信系, 淮安 223001
无源环形谐振腔(Passive ring resonator,PRR)是谐振式光学陀螺(Resonator optic gyros, ROG)的核心敏感器件,其光学传递函数的半峰全宽是决定陀螺标度因子的重要因素之一。根据多光束干涉理论,耦合系数将通过对反射式无源环形谐振腔的半峰全宽的作用而影响陀螺的标度因子。根据耦合模理论和调频检测原理,以标度因子最优为判据,推导了一般情形下耦合系数对标度因子的影响,论证了最佳耦合系数的存在与确定方法,并进行了仿真验证。结果表明,光纤陀螺中5%左右的最佳耦合系数取值不具有普遍意义,为较高波导传输损耗的聚合物集成光学陀螺结构优化提供一种新的思路。
应用光学 集成光学陀螺 无源环形谐振腔 耦合系数
就再入式集成光学陀螺(IOG)的原理进行了理论分析,通过对敏感环长度为20m的集成光学陀螺光纤仿真系统的开环输出信号的分析,验证了输出信号中再入分量的存在,从而在实验上验证了再入的原理.为了从陀螺输出信号中提取高阶的再入信号,提出了一种占空比不为0.5的方波调制方案,使得在采样时间间隔τ内,只有对应阶次的再入信号被偏置在灵敏度最大的位置.这种方案有望给有源和无源再入式集成光学陀螺的信号读出提供一种有效的解决方法.
集成光学陀螺 再入 方波调制 Integrated optic gyroscope Re-entrant Square-waveform modulation
