光纤陀螺与高科技战争-第七讲

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1、第七章光学陀螺7.1概述7.2干涉式光纤陀螺的基本原理7.3干涉式光纤陀螺关键技术7.4干涉式光纤陀螺性能参数7.5干涉式光纤陀螺误差源7.2.1萨格奈克效应7.2干涉式光纤陀螺的基本原理7.2.2光纤陀螺的互易性结构7.2.3干涉式光纤陀螺的工作原理7.2.4光纤陀螺的基本测量极限7.2.1萨格奈克效应圆形环路Sagnac干涉仪，光路分析：当干涉仪相对惯性空间无转动两束光绕行一周的光程相等绕行时间当干涉仪绕法向轴以ω转动，则两束光出现光程差对于a束光并且求解La得到类似地，对于光束b两束光之间的光程差两束光之间的相位差对于N匝光纤环的情况

2、K称为光纤陀螺的标度因数在光纤线圈半径一定的情况下，可通过增加线圈的匝数提高测量的灵敏度直径10cm内可缠绕500～2500米真空中中sagnac效应逆时针传输的光的传播速度顺时针传输的光的传播速度—环形光路的半径，单位m；—环形光路转动的角速度，单位rad/s；—光路中顺时针传输光的传播的速度，单位m/s；—光路中逆时针传输光的传播的速度，单位m/s。介质中sagnac效应光纤环圈中绕行一周的时间介质中sagnac效应7.2.2光纤陀螺的互易性结构全数字闭环系统方案结构图ASEPIN光纤环逻辑电路A/DD/A干涉光强信号调制电压信号转速信

3、号宽带光源光电检测器耦合器Y波导7.2.2光纤陀螺的互易性结构全数字闭环系统方案结构图本课时主要解决的两个问题二、光纤陀螺互易性结构需满足的条件？一、光纤陀螺互易性结构的作用？7.2.2光纤陀螺的互易性结构一、光纤陀螺互易性结构的作用互易性要求萨格奈克光纤干涉仪的两束反向传播光波应具有相同的传输特性，这样各种因素引起的两束光波的附加相移是相同的。当两束光波发生干涉时，互易性结构具有很好的“共模抑制”作用，可以消除各种寄生效应，从而能够非常灵敏地测量旋转引起的“非互易”相移。二、光纤陀螺互易性结构需满足的条件★1、分束器的互易性2、单模互易性

4、3、偏振互易性1、分束器互易性(1)半透反射镜互易性(2)2×2光纤耦合器互易性1)理想半透反射镜反射光波振幅反射相位透射光波振幅透射相位反射光波振幅反射相位透射光波振幅透射相位(1)半透反射镜互易性输入光波同相到分束器，因为因此，根据能量守恒，得到结论：对于理想的分束器，反射光波与透射光波之间有相位差从而，根据分光比为1:1，因此有2)非理想半透反射镜厚度不为零，两侧的反射系数不同，即：●对于端口A的干涉光波顺时针光波累积相位逆时针光波累积相位—光纤环的相位延迟—透射光波经过分束器的相位—光波在分束器A‘侧反射传播时产生的相位两束光波之间

5、的相位差相长干涉●对于端口B的干涉光波顺时针光波累积相位逆时针光波累积相位—光波在分束器B‘侧反射传播时产生的相位。两束光波之间的相位差▲分束器无损耗▲分束器有损耗相消干涉端口B与端口A干涉光强不互补(2)2×2光纤耦合器互易性★直通端口（13、24）与耦合端口（14、23）之间存在着相位差。★有任何一个端口i（i=1,2）至另一个端口j（j=3,4）的正反方向具有相同的传递特性，称为光纤耦合器的互易性，即：无损耗有损耗★干涉光强计算干涉光波的相位差干涉光波的相位差2、单模互易性利用一段真正的单模波导，把光通过输入/输出公共端口入射进干涉

6、仪中；返回的干涉光波沿相反方向通过同一段单模波导时，交叉耦合模式被滤波，这确保了两束返回光波沿着完全相同的光路，及相同的模式反向传播并干涉，称为单模互易性。3、偏振互易性光纤陀螺的输入/输出公共端口放置一个偏振模式滤波器，即偏振器，光在入射进干涉仪时被滤波，仅允许以一种线性偏振态（与偏振器的传输轴平行）入射进干涉仪中，在干涉仪中沿相反方向传播并以相同的偏振态离开的光波发生干涉，其他偏振分量被偏振器滤波掉，则两束反向传播光波不产生相位误差，从而消除光波偏振态变化对陀螺性能的影响。小结光纤陀螺的互易性包括以下三个方面：（1）光纤耦合器的互易性确

7、保干涉信号的固有相位抵消为零（2）单模互易性确保两束反向传播光波的绝对累积相位抵消为零（3）偏振互易性确保干涉条纹最清晰满足上述互易性条件的光纤陀螺及其光学元件必须具备下列特点：（1）光纤耦合器、光纤线圈和偏振器应具有光学互易性（2）输入/输出端口放置一个单模滤波器(单一模式、单一偏振模式)三、最小互易性光路结构1、全光纤形式的光纤陀螺最小互易性结构2、采用多功能集成光学器件的光纤陀螺最小互易性结构7.2.3干涉式光纤陀螺的工作原理干涉式光纤陀螺的工作原理（1）当Sagnac相移很小时，陀螺输出对旋转速率的灵敏度接近为零（2）由于响应曲线的

8、对称性，无法确定Sagnac相移的符号（3）响应曲线具有周期性，在两个或多个周期上测量Sagnac相移时，陀螺输出具有多值性。7.3.1相位偏置调制技术7.3干涉式光纤陀螺关键技