收藏本站
《哈尔滨工程大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

布里渊型光纤陀螺关键问题研究

何周  
【摘要】:光纤陀螺是光纤传感领域最重要的成就之一,从20世纪末至今的不断研制,在惯性技术领域已经确立了“优先选择”的地位。到目前为止,光纤陀螺主要经历了干涉型(IFOG)、皆振型(RFOG)和布里渊型(BFOG)三代的发展历程。其中,干涉型光纤陀螺技术日趋成熟,并且已经成功应用于各个领域,但温度问题与小型化是其高精度发展的障碍。作为第三代光纤陀螺的BFOG,具有结构简单、信号处理简单、灵敏度和分辨率高、动态范围大、体积小等各种优点,代表了光纤陀螺高精度和小型化的发展方向。随着近几年光纤通信领域相关技术的发展,窄带抽运源、特种光纤、新型高效耦合器等器件的出现给BFOG的发展带来了机遇,因此对这种新型光纤陀螺的研究具有重要的意义。论文的研究内容主要针对BFOG的几个关键问题而展开,论文的主要工作如下: 首先对BFOG的工作原理及其灵敏度进行了分析。光纤中的受激布里渊散射效应是BFOG的物理基础,分析了光纤中的布里渊散射理论,推导了布里渊散射阈值功率与光纤的长度及损耗系数的关系,分析了受激布里渊增益谱型与泵浦波的关系,推导了理想状态与实际情况下BFOG的输出拍频公式,对BFOG的潜在精度与理论动态范围进行了研究并给出了定量计算结果,计算结果表明BFOG具有很高的潜在精度与理论动态范围。 然后对布里渊光纤环形激光器的输出稳定性进行了研究。布里渊光纤环形激光器是BFOG的核心部分,激光器的输出稳定性直接影响到陀螺的性能。布里渊光纤环形激光器是有源谐振腔,激光器中的谐振特性及光强分析是研究BFOG的基础,对此,推导了光纤环形谐振腔的最佳谐振条件,得出临界耦合态的谐振腔腔内光强最大并且出射光强为零,具有最高的精细度。对布里渊光纤环形激光器中的光强进行了分析,在布里渊光纤环形激光器应用于BFOG中应控制入射泵浦光强在一阶及二阶阈值光强之间。针对影响布里渊光纤环形激光器输出稳定性的偏振和温度两个主要因素进行了深入的研究。理论分析了泵浦光与斯托克斯光偏振态的关系对布里渊增益系数的影响。在激光器腔内泵浦光及布里渊激光两本征偏振态同时谐振,两本征偏振态之间的相位差随温度等环境的波动发生变化从而产生偏振串扰,对此,提出了采用保偏光纤偏振主轴90°旋转熔接及单偏振单模光纤构建光纤环形谐振腔来消除偏振串扰,并进行了实验验证。分析了温度对布里渊频移、阈值光功率、增益系数、激光模式跳变及光路程长的影响,通过计算得出温度对布里渊频移的影响大小约为1.2MHz/℃,影响布里渊阈值光功率温度系数的主要因素是光纤环形腔的参数,布里渊阈值光功率的温度系数约为一961×10-6/℃,温度引起光路程长的变化会给陀螺带入标定因数误差及零偏不稳定。 之后研究了BFOG中的主要光学噪声误差,BFOG中存在的主要光学噪声包括瑞利背向散射噪声、磁场Faraday效应及光克尔效应。对泵浦光及布里渊激光的背向散射光对陀螺的影响机理分别进行了研究,计算结果表明背向散射光在光纤环形腔内得到谐振加强,其光强大小约为主光强的百分之一;泵浦光的背向散射光强会增大光纤环形腔的损耗,降低了激光器的精细度,增高了激发布里渊激光的阈值光功率;布里渊激光的背向散射光会与相向传播的激光发生耦合,导致陀螺低转速下拍频输出为零的闭锁现象。从光纤中的Faraday效应入手,分析了BFOG中的Faraday效应误差,建立起了磁场Faraday效应引起的陀螺误差模型,得出陀螺中磁场Faraday效应误差存在的原因是光纤中圆双折射的存在,分析指出了减小Faraday效应误差一方面是增大光纤的双折射△β,即采用高双折射光纤,另一方面是降低光纤的扭转率;对此,理论分析了采用高双折射保偏光纤抑制BFOG中的Faraday效应误差的有效性。建立起了综合考虑光功率差及偏振态因素的光克尔效应误差模型,详细分析了BFOG中产生光克尔效应误差的原因,提出并设计了调制频率为自由光谱范围整数倍占空比为50%的方波信号对泵浦光源进行强度调制消除光克尔效应误差。 最后针对BFOG转动时泵浦光的失谐给BFOG带来的影响,开展了BFOG中泵浦光稳频方案的研究。推导了失谐对陀螺动态范围的限制与引起光克尔效应误差大小,针对单光路稳频方案不能完全解决泵浦光失谐对BFOG的影响,提出并设计了双光路稳频方案,对CCW光路泵浦光采用三角波相位调制实现方波频率调制,在CCW光路泵浦光稳频后由陀螺的转速引起的拍频大小即为CW光路泵浦光的失谐频差大小,通过反馈控制实现对CW光路泵浦光的稳频,可以解决泵浦光失谐对BFOG的影响:对BFOG稳频系统进行了整体设计,对光路系统主要光学器件进行了分析及选取,对光纤环形腔腔长选择及缠绕方法进行了设计,设计了稳频与信号检测电路,并对稳频系统进行了测试。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP212

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 祝曙光,徐安士,李正斌,吴德明,王大鹏;双环谐振型光纤陀螺的特性分析[J];北京大学学报(自然科学版);2004年03期
2 王夏霄,宋凝芳,张春熹,马宗峰;光纤陀螺磁敏感性的试验研究[J];北京航空航天大学学报;2005年10期
3 李如春,崔忠升,马慧莲;双频率调制光纤陀螺中阶梯波实现的研究[J];传感技术学报;2004年01期
4 张登伟,牟旭东,舒晓武,刘承;单模光纤环轴向磁场问题的理论研究[J];传感技术学报;2005年03期
5 杨桂东;马慧莲;张旭琳;周柯江;金仲和;;一种应用于谐振式微型光学陀螺的高频锁相放大器的设计[J];传感技术学报;2005年04期
6 单英,延凤平,简水生;光纤陀螺及其发展动态[J];传感器技术;1999年05期
7 周海波,刘建业,赖际舟,李荣冰;光纤陀螺仪的发展现状[J];传感器技术;2005年06期
8 刘卫东,刘延冰,刘建国;检测微弱光信号的PIN光电检测电路的设计[J];电测与仪表;1999年04期
9 延凤平,单英,简水生;受激布里渊散射光纤陀螺中受激布里渊散射效应的机理研究[J];光电子·激光;2000年01期
10 延凤平,简水生;SBS-FOG中克尔效应的理论分析[J];光电子·激光;2001年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 张勇;布里渊光纤陀螺有源腔关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 苏觉;激光型光纤传感器在电流测量和光纤激光陀螺中的应用[D];中国科学技术大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 曾喜娟;庄其仁;;光纤光栅传感器锁定放大电路的设计[J];鞍山师范学院学报;2010年06期
2 张旭琳;周柯江;;谐振式微光学陀螺系统设计[J];半导体技术;2009年04期
3 马宗峰;张春熹;王夏霄;王纪强;;基于1.55μm的全光纤测速激光雷达[J];北京航空航天大学学报;2008年05期
4 李彦;章敏;李立京;杨德伟;;单模光纤耦合器的传输光谱温度特性[J];北京航空航天大学学报;2012年06期
5 王波,莫德举;光纤流量计的研制[J];北京化工大学学报(自然科学版);2004年02期
6 孟颖;张雷;刘鹏;王世峰;;基于激光检测技术的入侵监测系统[J];长春理工大学学报(自然科学版);2009年02期
7 徐敏,李胜利;近红外无创测量中的测量前放的噪声最优化设计[J];传感技术学报;2005年03期
8 杨桂东;马慧莲;张旭琳;周柯江;金仲和;;一种应用于谐振式微型光学陀螺的高频锁相放大器的设计[J];传感技术学报;2005年04期
9 张旭琳;马慧莲;周柯江;金仲和;;调相谱检测技术下谐振式光纤陀螺实验研究[J];传感技术学报;2006年03期
10 沈庆;郁发新;马慧莲;应迪清;周柯江;金仲和;;谐振式光纤陀螺全数字闭环方案[J];传感技术学报;2006年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨春波;冷进勇;陆启生;;光纤放大器中的热效应分析[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
2 洪蕾;苏觉;杨利;钱景仁;;具有非互易器件的双向单纵模圆偏振掺铒光纤激光器[A];微机电惯性技术的发展现状与趋势——惯性技术发展动态发展方向研讨会文集[C];2011年
3 李倩;高伟;奔粤阳;孙枫;;Ixsea公司光纤陀螺捷联惯性装置性能分析与试验研究[A];微机电惯性技术的发展现状与趋势——惯性技术发展动态发展方向研讨会文集[C];2011年
4 姚玉婷;韩敏;;一种光学五维测量仪角位置校准方法研究[A];2012航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2012年
5 张辉;万生鹏;王玉枝;;布里渊光纤环形激光器及其发光机理的研究[A];第十七届十三省(市)光学学术年会暨“五省一市光学联合年会”论文集[C];2008年
6 阴红卫;汪宏运;;光纤陀螺SLD光源稳定驱动及反馈控制方法[A];2007年全国第十六届十三省(市)光学学术会议论文集[C];2007年
7 王冬生;王桂梅;王玉田;张继高;潘玮炜;;基于稀土荧光材料的光纤温度传感器[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集(一)[C];2007年
8 张昕明;叶红安;朱勇;;基于多任务处理的高精度数字光功率计的设计与研究[A];2009中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2009年
9 王轲;谢天怀;苏域;;激光陀螺抖动装置的设计与实验[A];中国惯性技术学会第五届学术年会论文集[C];2003年
10 张春熹;高爽;;民用光纤陀螺技术及应用[A];2005年惯性技术科技工作者研讨会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘凤鸣;重力梯度辅助导航定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张勇;布里渊光纤陀螺有源腔关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 杨建强;四频差动激光陀螺相关技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
5 张红良;陆用高精度激光陀螺捷联惯导系统误差参数估计方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
6 薛冬新;激光扭矩测量中散斑统计学理论及试验研究[D];大连理工大学;2011年
7 梁浩;基于序列编码探测脉冲的布里渊光纤传感器的研究[D];南京大学;2011年
8 王潜心;机载GPS动态定位定速与定姿理论研究及软件开发[D];中南大学;2011年
9 崔大朋;一种球形气浮气动陀螺仪的研制及其相关技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 麻硕;基于高双折射光子晶体光纤模间干涉的光学电压互感器研究[D];燕山大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王铁柱;基于硅基波导声光移频器理论与技术的研究[D];长春理工大学;2010年
2 王爽;光纤陀螺寻北系统误差研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 韩书新;光纤陀螺用保偏光纤及光纤环测试方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 张斌;基于MIMU的捷联惯性导航系统数据采集与处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 张立华;光纤陀螺捷联系统硬件平台的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 葛翠艳;Y波导对光纤陀螺性能的影响研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 孙巧英;光纤陀螺捷联系统振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 王刚;光纤电流传感器性能分析与研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 高宇;捷联系统中加速度计信息处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 何丽芳;光纤陀螺温度控制及补偿技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 祝曙光,徐安士,李正斌,吴德明,王大鹏;双环谐振型光纤陀螺的特性分析[J];北京大学学报(自然科学版);2004年03期
2 张春熹,宋凝芳,杜新政,张惟叙;基于DSP的全数字闭环光纤陀螺[J];北京航空航天大学学报;1998年06期
3 张涛,颜研,申烛,罗承沐;激光供能的光纤电流传感器[J];传感技术学报;2001年04期
4 张旭琳,马慧莲,金仲和,丁纯,王跃林;谐振式光纤陀螺中偏振波动的影响[J];传感技术学报;2003年02期
5 杨桂东;马慧莲;张旭琳;周柯江;金仲和;;一种应用于谐振式微型光学陀螺的高频锁相放大器的设计[J];传感技术学报;2005年04期
6 沈庆;郁发新;马慧莲;应迪清;周柯江;金仲和;;谐振式光纤陀螺全数字闭环方案[J];传感技术学报;2006年03期
7 杨雪锋;郑阳明;马慧莲;金仲和;;谐振式光纤陀螺环路锁频技术研究[J];传感技术学报;2007年05期
8 冯丽爽;于怀勇;洪灵菲;杨德伟;杜哲峰;;微光学陀螺波导谐振腔的优化设计[J];传感技术学报;2008年03期
9 谢增华,延风平,王均宏,简水生;光纤陀螺的研究进展及其应用现状[J];传感器技术;1997年05期
10 单英,延凤平,简水生;光纤陀螺及其发展动态[J];传感器技术;1999年05期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 祝曙光;徐安士;李正斌;吴德明;;一种新型谐振型光纤陀螺结构[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议(OFCIO’2003)论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 沈一春;受激布里渊散射在RoF系统中的应用研究[D];浙江大学;2005年
2 姚琼;光纤谐振腔及谐振腔光纤陀螺关键技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
3 邵加峰;光学双稳态及光纤激光器的研究[D];上海交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 柳贵福;光学陀螺输入输出特性建模及补偿技术研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
2 郭伟;谐振式光纤陀螺的基础研究[D];浙江大学;2003年
3 周萍;横向受激布里渊散射的数值模拟[D];国防科学技术大学;2003年
4 刘思科;光纤陀螺建模及误差特性研究[D];西北工业大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 洪伟;李绪友;何周;张琛;;布里渊光纤环形激光器的发展与应用[J];中国惯性技术学报;2010年01期
2 许立新,明海,章江英,安伟,张晓世,吴云霞,谢建平,陈兰荣,陈柏,林尊琪,陈绍和;掺Yb~(3+)光纤环形激光器特性研究[J];量子电子学报;2000年06期
3 张靖华;双折射光纤环形腔[J];上海大学学报(自然科学版);2000年01期
4 余建军,于丽,刘燕霞,李朝晖,杨伯君,管克俭;波长和重复频率连续可调的光纤环形激光器[J];中国激光;1998年12期
5 潘炜,张晓霞,罗斌,吕鸿昌,陈建国;Sagnac干涉仪与光纤环形激光器[J];大学物理;2000年09期
6 俞本立,钱景仁,罗家童,杨瀛海,孙志培;有源光纤环形腔滤波器优化[J];量子电子学报;2001年02期
7 张靖华;耦合器损耗引起的附加相移对光纤环形腔特性的影响[J];上海大学学报(自然科学版);2003年03期
8 董永康,吕志伟,吕月兰,何伟明;布里渊光纤环形激光器及其应用[J];激光技术;2004年05期
9 李玉华,娄采云,刘军,高以智;拍频自反馈锁模光纤环形激光器[J];中国激光;1998年03期
10 潘炜,罗斌,吕鸿昌;光纤环形腔半导体激光器光谱特性的研究[J];西南交通大学学报(自然科学版);1999年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 徐海洋;姜曼;杜睿;汪淼;王泽锋;侯静;;基于光纤环形腔衰落的微弯压力传感器研究[A];第十八届十三省市光学学术会议论文集[C];2010年
2 郑寄托;何兵;周军;范元媛;;利用剩余泵浦光在线监测全光纤高功率激光器功率[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
3 邹育婉;王庆;魏志义;章健;唐定远;;LD泵浦Tm:YAG陶瓷连续激光输出的实验研究[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
4 张伟南;韦小明;徐善辉;杨中民;;铒镱共掺磷酸盐光纤环形腔脉冲激光器[A];低碳技术与材料产业发展研讨会论文集[C];2010年
5 张萍萍;杨远洪;陈淑英;;高效布里渊光纤激光器谐振腔参数优化[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(下册)[C];2009年
6 方捻;王陆唐;黄肇明;;光混沌通信的保密性研究[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年
7 孙鑫鹏;孙文峰;杨苏辉;赵长明;;掺Yb~(3+)双包层光纤单频放大器实验研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
8 黄必昌;高致慧;虞爱华;洪泽华;;拉曼光纤放大器瞬态效应的时域差分研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
9 付申成;王国政;李野;姜德龙;吴奎;端木庆铎;田景全;;螺噁嗪掺杂的聚合物薄膜在紫外光预辐照下的光存储性能分析[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
10 苏必达;孙文峰;赵长明;杨苏辉;;掺Yb~(3+)光纤放大器的理论设计[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 何周;布里渊型光纤陀螺关键问题研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 张勇;布里渊光纤陀螺有源腔关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 许荣荣;光纤环形腔光谱技术与传感应用的研究[D];华中科技大学;2012年
4 姜海明;光纤Raman放大器增益谱平坦化研究[D];电子科技大学;2011年
5 巴德欣;光纤中基于受激布里渊散射慢光效应的光延迟技术研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
6 李斌;全固态激光非线性频率变换及热助推泵浦技术研究[D];天津大学;2012年
7 王如刚;光纤中布里渊散射的机理及其应用研究[D];南京大学;2012年
8 张伟毅;高功率掺镱光纤主振荡功率放大系统研究[D];天津大学;2012年
9 周俊鹤;非线性光纤放大器的数学模型和实验研究[D];上海交通大学;2008年
10 王飞;半导体光放大器的光网络若干关键功能中的应用研究[D];华中科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴奇;基于布里渊散射的分布式传感关键技术的研究[D];华中科技大学;2011年
2 孙朝娟;光纤环形腔衰荡光谱技术在粉尘测量中的应用研究[D];燕山大学;2012年
3 潘红;光纤环形腔衰荡光谱测量技术研究[D];大连理工大学;2013年
4 李伟南;由泵浦光引起的掺铒光纤放大器瞬态特性的研究[D];北京交通大学;2011年
5 于光义;掺Tm~(3+)材料发光特性研究[D];山东大学;2010年
6 沈国锋;受激布里渊散射在微波光子学中应用[D];浙江大学;2011年
7 安新星;多泵浦宽带光纤Raman放大器的分析与设计[D];北京交通大学;2012年
8 李雪;共振泵浦连续波内腔PPLN光学参量振荡器研究[D];天津大学;2012年
9 刘瑞;LD连续泵浦高重频电光调Q技术研究[D];长春理工大学;2012年
10 吴兴华;铒镱共掺光纤放大器的结构优化[D];西安电子科技大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026