高精度光纖陀螺光源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著光纖陀螺相關(guān)技術(shù)和制作工藝的不斷發(fā)展和提高，中、低精度光纖陀螺已經(jīng)在軍事和民用領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，但是在船舶導(dǎo)航領(lǐng)域，由于其對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)作穩(wěn)定性和高精度導(dǎo)航性能指標(biāo)的要求，目前光纖陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)尚不能滿足高精度艦船導(dǎo)航的需求。光源作為光纖陀螺中傳感信號(hào)的重要信號(hào)源，其性能參數(shù)的好壞，是影響船用導(dǎo)航光纖陀螺的標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性的重要因素，所以，改善和提高光纖陀螺光源各方面的性能指標(biāo)，也是提高船用導(dǎo)航光纖陀螺輸出信號(hào)精度的一個(gè)重要手

2、段。本課題在學(xué)習(xí)和研究船用導(dǎo)航光纖陀螺原理的基礎(chǔ)上，分析了高精度光纖陀螺對(duì)光源的性能參數(shù)要求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行光源的電路和光路設(shè)計(jì)研究。
　　本文首先簡(jiǎn)要介紹了EDFA光纖放大器光源的四種基本結(jié)構(gòu)，之后分析了船用導(dǎo)航光纖陀螺的工作原理，針對(duì)光源譜寬、功率穩(wěn)定性和平均波長(zhǎng)穩(wěn)定性三個(gè)方面，分別從理論上分析了其對(duì)光纖陀螺性能的影響，給出了該高精度光纖陀螺光源系統(tǒng)計(jì)劃達(dá)到的性能指標(biāo)：輸出光譜寬度為30～40nm、輸出光功率穩(wěn)定性為0.1mW

3、、輸出光譜的增益平坦度<0.1dBm、輸出1550nm信號(hào)光的平均波長(zhǎng)穩(wěn)定性<1ppm/℃、輸出1550nm信號(hào)的光功率>6mW、輸出信號(hào)光的波長(zhǎng)范圍約為1530nm~1560nm，為高精度EDFA光纖放大器光源的設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。
　　接著，根據(jù)高精度光纖陀螺光源系統(tǒng)對(duì)恒溫和恒流控制的要求，進(jìn)行了泵浦激光器的恒溫控制和激光二極管的恒流驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，圍繞著集成溫控芯片LTC1923，設(shè)計(jì)了完整的TEC（半導(dǎo)體制冷器）和激光二極管

4、的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，完成了電路板的PCB繪制和電路調(diào)試，并給出了相應(yīng)的控制算法流程圖，使泵浦激光器內(nèi)部工作溫度穩(wěn)定在0.01℃，恒流源驅(qū)動(dòng)電壓的波動(dòng)范圍穩(wěn)定小于0.05mV。
　　其次，從EDFA光纖放大器的基本設(shè)計(jì)原理出發(fā)，結(jié)合Optisystem光通信系統(tǒng)與放大器設(shè)計(jì)仿真軟件，對(duì)1m、10m、20m和50m四種不同長(zhǎng)度的摻餌光纖EDFA光纖放大器部分進(jìn)行了仿真和驗(yàn)證，得出在輸入泵浦光功率一定的情況下，輸出光譜會(huì)隨著摻餌光纖長(zhǎng)度的

5、增加而向這大波長(zhǎng)方向提升，形成雙峰結(jié)構(gòu)的結(jié)論。同時(shí)在對(duì)輸出光譜進(jìn)行了對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用雙程雙極后向結(jié)構(gòu)進(jìn)行了EDFA光纖放大器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，給出了完整的光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
　　最后，搭建了相應(yīng)的軟硬件測(cè)試環(huán)境，對(duì)整個(gè)高精度光纖陀螺光源系統(tǒng)的性能進(jìn)行了測(cè)試，給出了相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果：測(cè)試輸出的1550nm光的光功率為7.65mW，功率穩(wěn)定性為0.05 mW，波長(zhǎng)穩(wěn)定性為0.26ppm/℃，光譜寬度為36.249nm，增益平坦度為0.6