谐振式集成光学陀螺中电流调谐致强度噪声研究

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1、2015年lO月第41卷第10期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsOctober2015V01．4lNo．10http：／／bhxb．buaa．edu．enjbuaa@buaa．edu．enDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0780谐振式集成光学陀螺中电流调谐致强度噪声研究郅银周，冯丽爽+，王俊杰，唐依创(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191)摘要：采用半导体激光器(LD)

2、是谐振式集成光学陀螺(RIOG)小型化发展的重要趋势，但是LD的电流调谐特性会引入强度噪声．理论分析了电流调谐致强度噪声对开环RIOG性能的影响，得到频率锁定位置与LD输出光强之间为线性关系．随后，提出了基于频率锁定位置的强度噪声抑制方案，通过频率锁定位置实时监测LD输出光强的变化，根据监测值得到补偿系数，并补偿陀螺输出．建立了抑制电流调谐致强度噪声的理论模型，并进行了实验验证，RIOG的零偏稳定性由0．768(。)／s提高到0．103(。)／s．关键词：谐振式集成光学陀螺(RIOG)；半导体激光器(LD)；电流调谐

3、；强度噪声；补偿中图分类号：TN815；TN911．74文献标识码：A文章编号：1001—5965(2015)10-1836-06谐振式集成光学陀螺(ResonatorIntegratedOpticGyro，RIOG)是基于Sagnac效应的惯性角速度传感器，它具有全固态结构、精度高、体积小、动态范围大、可批量生产等优点。I-3]．RIOG利用谐振原理，要求光源具有窄线宽、可调谐特性”。．YAG固体激光器¨⋯、He．Ne气体激光器¨。81和分布式反馈光纤激光器一“1均可满足RIOG的需求，并且已经被用于RIOG系统中

4、．虽然这些激光器的线宽窄、频率性能优越，但是它们的体积大、功耗高，难以实现工程化样机．随着激光器工艺技术的进步，目前半导体激光器(LaserDiode，LD)不仅具备窄线宽、可调谐、频率稳定等特点，还具有体积小的优势，采用LD是RIOG小型化发展的重要趋势⋯。1“．基于LD的RIOG中，为了检测Sagnac效应产生的谐振频差，通过电流调谐将LD的中心频率锁定在谐振腔的谐振频率处¨“．由于驱动电流的调节同时改变LD的输出频率和光强，必然引人强度噪声．文献[14]已经分析了光源强度噪声对开环RIOG性能的影响，得到光源强

5、度噪声对陀螺性能的影响与固有零偏值相关．为了消除开环RIOG中的这种电流调谐致强度噪声，文献[15]提出了基于模拟减法电路的强度噪声抑制方案．但是该方案存在两个不足之处：①需要增加新的电路器件，不利于系统的小型化；②模拟减法电路控制精度低，容易受环境因素的影响．文献[16]基于声光移频器实现了RIOG的闭环检测，理论上可以消除光源强度噪声对陀螺性能的影响，但是声光移频器不仅增加了光路器件，还引入了新的噪声源，不利于系统集成和陀螺精度的提高．本文在研究LD电流调谐致强度噪声的特性基础上，提出了基于频率锁定位置的强度噪声

6、抑制方案，该方案采用数字补偿方法，不需要增加任何光路和电路器件，利于系统的小型化．本文还搭收稿日期：2014-12-12；录用13期：2015-02-25；网络出版时间：2015-04一1416：00网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150414．1600．001．html基金项目：国家自然科学基金(61171004)；北京航空航天大学博士研究生创新基金(YwF一14．YJSY-039)作者简介：郅银周(1986一)，男，河南开封人，博士研究生，zhiyinzho

7、u@163．com}通讯作者：冯丽爽(1968一)，女，河北辛集人，研究员，fenglishuang@buaa．edu．cn，主要研究方向为微光机电系统、先进光纤传感技术．引用格式：郅银周，冯丽爽，王傻杰，等．谐振式集成光学陀螺中电流调谐致强度噪声研究fJJ．北京航空航天大学学报，2015，4J(J0)：1836—1841．ZhiYZ，FengLS，WangJJ，eta1．StudyOilcnlTcnt-tuning—inducedintensitynoiseinresonatorintegratedopticgyr

8、o[JJ．journalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41fJ0)：1836—1841(inChinese)．第10期郅银周，等：谐振式集成光学陀螺中电流调谐致强度噪声研究1837建了实验系统，验证了方案的可行性，有效抑制了开环RIOG的电流调谐致强度噪声．1电流调谐致