振动性能是评价高精度直升机载光纤陀螺环境可靠性与性能稳定性的一个重要指标, 光源作为直升机载光纤惯导的源头部件, 需要保证其在振动条件下性能的稳定输出。针对光源平均波长随振动变化的问题, 从基本机理出发, 通过建立光路琼斯矩阵模型, 深入研究了光纤中传输光的偏振态与偏振相关损耗之间的关系, 在不增加光源系统复杂性的情况下提出了一种基于法拉第旋转镜的直升机载光纤惯导用抗振型光源, 并实验验证了其抗振动性能。实验表明, 提出的方案可以大大提高光源和光纤惯导振动条件下的稳定性, 特别是高频振动条件下(1000~2000 Hz), 光源的平均波长稳定性提高了6.8×10-6。

高斯型掺铒光纤光源稳定性高, 可有效减小光纤陀螺相位误差, 从而提高光纤陀螺的测量精度。通过对掺铒光纤光源的经典结构进行理论分析, 提出了由双程前向结构和单程后向结构复合而成的双级单泵浦结构, 并对其进行光路结构仿真, 以确定最佳的光路参数范围。泵浦输出波长和功率的稳定性直接影响光源的功率稳定性和平均波长稳定性, 因此针对电流驱动型泵浦激光器设计了恒流驱动方案和恒温控制方案。试验结果表明, 所研制的掺铒光纤光源在-45~65 ℃的温度范围内, 全温功率变化率为8.27%, 全温平均波长稳定性为1.7×10-6 K-1。

对掺铒光纤进行了伽马辐照实验, 根据辐照前后掺铒光纤的吸收系数和发射系数测试数据, 计算了掺铒光纤的吸收截面和发射截面。基于幂律模型建立了掺铒光纤吸收截面和发射截面的辐射模型。将吸收截面和发射截面的辐射模型代入掺铒光纤光源模型中, 仿真分析了掺铒光纤的辐射效应对掺铒光纤光源输出光谱及其特征参数的影响。结果表明: 与辐照前相比, 掺铒光纤被辐照后, 光纤光源的输出功率从9.32 mW衰减到4.30 mW; 平均波长从1531.60 nm漂移到1531.19 nm; 谱宽从8.79 nm变化到6.78 nm。最后通过实验验证了仿真结果的正确性。

研究了双程后向结构掺铒光纤光源的平均波长对泵浦功率的依赖性。实验结果表明，通过采用掺铒光纤滤波器以及选择合适的泵浦功率，平均波长随泵浦功率的变化能够降低到-9 ppm/mW。在-40~+60 ℃温度范围内，光纤光源的平均波长不稳定性小于33 ppm(峰峰值)。采用5 m长的掺铒光纤、泵浦功率55 mW与泵浦波长974.2 nm时，光纤光源输出光波的谱宽达到17 nm，功率达5.83 mW。

为优化双程后向结构的掺铒光源, 分析了光纤长度、泵浦功率和温度的变化对光源平均中心波长的影响, 初步确定了掺铒光纤长度的优化范围, 并在全温度范围内进行实验验证。实验选用的980 nm泵浦源电流为110 mA, 掺铒光纤的长度为12.5 m, 该装置的输出功率为13.26 mW, 光源的平均波长稳定性为0.6 ℃-1。通过建立光谱分布优化仿真模型, 实现输出光谱的近高斯分布, 3 dB带宽达到32 nm。经过优化后得到的掺铒光纤光源具有输出功率高、平均波长稳定性好、输出光谱呈高斯分布等优势, 是高精度光纤陀螺的理想光源。

优化设计了高功率、高效率掺铒光纤超荧光光源的参数。采用商用掺铒光纤，针对双程后向结构，首先仿真了光源输出功率和带宽随掺铒光纤长度的变化，并用对等实验验证了模拟结果，初步确定掺铒光纤长度的优化范围；理论研究了反射镜反射率对光源性能的影响，计算出最佳反射率并模拟了该反射率下光源的输出光谱；实验研究了抽运功率对光源平均波长的影响，确定了优化的抽运功率范围，并进一步确定了掺铒光纤的优化长度。实验选用110 mW抽运功率，13.74 m掺铒光纤，获得了输出功率为46.9 mW 的高功率光纤光源，其抽运转换效率可达42.6%，且光源保持了约34.54 nm的宽带宽。

分析铒纤长度对掺铒光源输出特性的影响对于光源的优化设计有重要意义。实验分析了铒纤长度对单程前向和后向掺铒光纤光源(SFS)输出特性的影响。分析了铒纤长度与单程SFS输出光功率的关系，以及铒纤长度对单程SFS输出光谱宽度及中心波长的影响。找到了最佳铒纤长度的范围，对单程掺铒光纤光源的器件选择及性能优化有重要的参考价值。

研究了铒离子掺杂浓度对掺铒光纤光源的泵浦效率和波长稳定性的影响。在设计好的单程后向光源中采用5 种不同类型的光纤分别进行了实验，通过比较采用不同光纤时掺铒光纤光源的输出特性发现掺铒光纤光源的泵浦效率随铒离子浓度增大而先增大；铒离子浓度过高时存在群聚效应，光源泵浦效率反而下降，群聚效应使泵浦效率下降了20%。泵浦阈值则随着铒离子浓度的增加从18.3 mW 增加到了32.4 mW。通过试验发现光纤优化长度依比例决定于掺铒光纤中的铒离子浓度，而泵浦波长与光源波长的关系却不受铒离子浓度影响。比较采用不同铒离子浓度光纤的光源的小范围温度特性，较低浓度的光纤温度稳定性好于高浓度的温度稳定性将近100 ppm。通过实验确定掺铒光纤中最适宜的铒离子浓度在110 mol 左右。

实验演示了铒纤长度的选择对1550 nm双通后向超荧光掺铒光纤光源(DPB SFS)的平均波长以及谱宽性能的影响,特别是对平均波长稳定性的影响,实验分析了-20℃～60℃之间光源固有平均波长的变化,最终得到了铒纤固有热系数以及整个样机的平均波长稳定性随铒纤长度变化的实验曲线,对超荧光掺铒光纤光源的器件选择和优化设计具有重要参考价值.

介绍了应用于掺铒光纤光源的几种滤波器的研究状况,阐述了它们的优缺点,简述了长周期光纤光栅滤波器的设计过程。指出现阶段使用均匀长周期光纤光栅作为掺铒光纤光源滤波器是比较理想的选择。