光纖陀螺光路偏振特性及溫度性能研究.pdf

1、光纖陀螺是光纖傳感領(lǐng)域最重要的成就之一,經(jīng)過上世紀末至今的不斷研制,已經(jīng)在慣性技術(shù)領(lǐng)域確立了“優(yōu)先選擇”的地位。光纖陀螺研制過程中,一項關(guān)鍵技術(shù)就是光路偏振誤差的抑制,而這與光器件的雙折射特性是緊密相關(guān)的。尤其在溫度等環(huán)境因素變化的影響下,光路中的偏振誤差變得更為嚴重和復(fù)雜。因此,必須對光纖陀螺光路的偏振特性及溫度性能進行深入研究,并改進設(shè)計,以達到抑制偏振誤差的目的。課題針對光纖陀螺光路的偏振特性和雙折射效應(yīng),以及光纖線圈受到的環(huán)境溫

2、度影響進行了研究,主要工作如下:
　　 1、研究了光纖陀螺光路的互易性檢測原理。利用光場的統(tǒng)計特性分析了關(guān)聯(lián)感生的陀螺輸出光譜變化,由此得出干涉儀對光源和光路偏振穩(wěn)定性的嚴格依賴。采用邦加球法分析了光路中雙折射與偏振耦合的關(guān)系,推導(dǎo)了陀螺的強度型和振幅型偏振誤差。分析了克爾效應(yīng)、法拉第磁光效應(yīng)、背向反射和瑞利散射等寄生誤差效應(yīng)對偏振態(tài)的影響和受偏振的制約關(guān)系。
　　 2、根據(jù)矩陣光學(xué)原理,建立了光纖陀螺光路的偏振傳輸模型

3、和干涉輸出模型,以該模型為基礎(chǔ),詳細分析了光源偏振度、線圈中的偏振耦合與陀螺偏振誤差的關(guān)系。以輸入低偏振度消偏光思想為指導(dǎo),提出將Lyot消偏器引入到陀螺光路中,改進了現(xiàn)有的單軸SLD光源光纖陀螺的光路結(jié)構(gòu),通過實驗測試驗證了新結(jié)構(gòu)的先進性。
　　 3、建立了基于有限元算法的熊貓型保偏光纖平面應(yīng)力模型,模擬計算了保偏光纖固化成型過程中產(chǎn)生的變形、應(yīng)力以及雙折射的分布情況,分析了纖芯雙折射受溫度的影響;利用復(fù)變函數(shù)法得到的準解析解

4、對模型進行了數(shù)值驗證,證明了該模型算法是可靠的。
　　 4、建立了光纖線圈的局部截面模型,通過有限元瞬態(tài)熱分析方法研究了固膠處理對光纖線圈的影響。結(jié)果顯示,固膠處理后的光纖線圈存在著一個與膠粘劑參數(shù)有關(guān)的溫度區(qū)域,在此區(qū)域內(nèi)光纖線圈對溫度變化的敏感性降至最低。通過實驗方法驗證了該模型的正確性。
　　 5、提出了通過檢測光纖線圈中偏振態(tài)濾波特征值來測試線圈的溫度性能,建立了基于溫度激勵響應(yīng)機理的光纖線圈溫度性能測評系統(tǒng),制