光子晶體光纖陀螺溫度效應的機理與抑制.pdf

1、同所有的干涉儀一樣,光纖陀螺對溫度敏感,由于其基本的互易結構,即使對較低程度溫度,也比大部分干涉儀敏感。在光纖陀螺中,沿光纖敏感環(huán)溫度的不均勻變化會在輸出信號中引入一個漂移,被誤認為旋轉速率的變化。盡管很多工程方法用來抑制Shupe效應,例如特殊的繞環(huán)方案等,但并沒有構成一個完美的解決方法,而且還增加了復雜性和成本。這一效應仍然是目前引起光纖陀螺漂移的主要因素,并且其極大地阻礙了光纖陀螺在導航上的應用。因此,我們需要對這一問題做進一步深

2、入分析,從另外的研究方向尋找解決該問題的突破點,并且迫切需要提出一種新的方法來抑制溫度效應對光纖陀螺的影響。
　　光子晶體光纖的發(fā)展,特別是保偏光子晶體光纖的發(fā)展與研究為光纖陀螺解決環(huán)境適應性問題提供了全新的思想。對比傳統(tǒng)光纖,光子晶體光纖具有靈活的設計自由度、低溫度和壓力敏感性以及低彎曲損耗等特性。光子晶體光纖的發(fā)展和應用為光纖陀螺的研究提供了廣闊前景,令其在減小光學噪聲、進一步縮小陀螺體積、提高陀螺溫度穩(wěn)定性和精度等方面,具備

3、傳統(tǒng)光纖陀螺所無法比擬的優(yōu)越性。論文以光纖陀螺的溫度漂移特性問題為切入點,從抑制光纖陀螺溫度效應研究課題體系出發(fā),在基礎研究層面上,開展光纖陀螺溫度效應機理與抑制新方法的研究。主要包括以下幾個方面:
　　(1)鑒于光子晶體光纖眾多優(yōu)點,論文提出采用光子晶體光纖制作光纖陀螺敏感環(huán)用以改善光纖陀螺溫度效應的新思想。從溫度效應產生機理出發(fā),深入、細致的分析了光纖中的Shupe效應。理論推導了光場在光子晶體光纖中的傳輸模型,分析了溫度場對

4、實芯光子晶體光纖的影響。并對光纖敏感環(huán)溫度分布模型和光纖陀螺溫度噪聲進行了深入分析與研究。
　　(2)針對光纖陀螺發(fā)展中遇到的問題,論文分析并給出了光纖陀螺對保偏光纖的性能要求。通過對保偏光子晶體光纖的各類性能的細致分析,充分驗證了保偏光子晶體光纖在解決光纖陀螺環(huán)境適應性問題上的優(yōu)勢。鑒于光纖陀螺對光纖性能的不同需求,論文提出光子晶體光纖模場、非線性、有效折射率和雙折射等性能的優(yōu)化設計方法,并對這些方法進行了分析與論證。
　

5、　(3)光纖敏感環(huán)是光纖陀螺最重要的光學器件之一,也是受溫度效應影響最大的器件,因此,論文深入剖析了溫度梯度、壓力、電磁干擾等對光纖敏感環(huán)性能的影響,探討了光子晶體光纖敏感環(huán)纏繞方式,分析并給出了非理想繞制過程中引起的相位誤差。之后,提出了保偏光子晶體光纖陀螺的整體結構,利用瓊斯矩陣建立了各光學器件的理論模型及保偏光子晶體光纖陀螺的理論模型。分析并給出了保偏光子晶體光纖陀螺的相位調制及閉環(huán)處理方案。給出了保偏光子晶體光纖與傳統(tǒng)保偏光纖的

6、熔接技術和保偏光纖定軸技術。
　　(4)論文對保偏光子晶體光纖敏感環(huán)和傳統(tǒng)光纖敏感環(huán)進行了溫度對比實驗,并對光子晶體光纖陀螺進行了常溫和變溫情況下的溫度實驗,實驗驗證了保偏光子晶體光纖具有較強的溫度穩(wěn)定性,以及保偏光子晶體光纖陀螺在抑制陀螺溫度效應、提高陀螺穩(wěn)定性及提高陀螺精度方面的潛在優(yōu)勢。為進一步抑制保偏光子晶體光纖陀螺中的溫度效應,論文提出溫度補償和陀螺結構優(yōu)化等方法,不僅設計出模場匹配性好的新型保偏光子晶體光纖結構,還設計