光子晶體光纖陀螺溫度效應(yīng)的機(jī)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(jié)構(gòu),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(rèn)為旋轉(zhuǎn)速率的變化。盡管很多工程方法用來抑制Shupe效應(yīng),例如特殊的繞環(huán)方案等,但并沒有構(gòu)成一個完美的解決方法,而且還增加了復(fù)雜性和成本。這一效應(yīng)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(dǎo)航上的應(yīng)用。因此,我們需要對這一問題做進(jìn)一步深

2、入分析,從另外的研究方向?qū)ふ医鉀Q該問題的突破點(diǎn),并且迫切需要提出一種新的方法來抑制溫度效應(yīng)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(yīng)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(shè)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(yīng)用為光纖陀螺的研究提供了廣闊前景,令其在減小光學(xué)噪聲、進(jìn)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(diǎn),從抑制光纖陀螺溫度效應(yīng)研究課題體系出發(fā),在基礎(chǔ)研究層面上,開展光纖陀螺溫度效應(yīng)機(jī)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(diǎn),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(yīng)的新思想。從溫度效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理出發(fā),深入、細(xì)致的分析了光纖中的Shupe效應(yīng)。理論推導(dǎo)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(shí)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(jìn)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(xì)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(yīng)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(shè)計方法,并對這些方法進(jìn)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(xué)器件之一,也是受溫度效應(yīng)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(jié)構(gòu),利用瓊斯矩陣建立了各光學(xué)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(diào)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(shù)和保偏光纖定軸技術(shù)。
　　(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(jìn)行了溫度對比實(shí)驗,并對光子晶體光纖陀螺進(jìn)行了常溫和變溫情況下的溫度實(shí)驗,實(shí)驗驗證了保偏光子晶體光纖具有較強(qiáng)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(yīng)、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(jìn)一步抑制保偏光子晶體光纖陀螺中的溫度效應(yīng),論文提出溫度補(bǔ)償和陀螺結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方法,不僅設(shè)計出模場匹配性好的新型保偏光子晶體光纖結(jié)構(gòu),還設(shè)計