雙路閉環(huán)諧振式集成光學陀螺研究.pdf

1、陀螺是重要的慣性傳感器，基于Sagnac效應(yīng)的光學陀螺有許多其他陀螺無法取代的獨特優(yōu)點。相比微機械陀螺，R-IOG是一種全固態(tài)陀螺，具有較強的抗沖擊和耐振動能力；相比干涉式光纖陀螺或由分立元件組成的環(huán)形激光陀螺，諧振式集成光學陀螺(R-IOG)在微小型化和集成化上具有更大的優(yōu)勢。
　　 為進一步提高R-IOG的長期穩(wěn)定性，論文開展了R-IOG核心敏感元件-光波導環(huán)形諧振腔(WRR)的偏振特性研究，減小偏振波動噪聲對R-IOG檢測

2、精度的影響；為改善R-IOG的帶寬特性，論文同時開展了雙路閉環(huán)檢測方案的研究。主要的創(chuàng)新點包括：
　　 (1)本論文建立了WRR的偏振特性分析模型，分析了R-IOG中偏振波動噪聲的影響機理并提出了相關(guān)抑制措施。首次開展了不同溫度下R-IOG的偏振特性研究，建立的WRR偏振特性分析模型，能夠詳細分析諧振腔結(jié)構(gòu)參數(shù)和輸入光波特性等對諧振腔輸出信號的影響，并用來仿真和計算R-IOG中的偏振波動噪聲；通過研究不同溫度下WRR的偏振特性及

3、對R-IOG檢測精度的影響，發(fā)現(xiàn)當諧振腔芯片溫度不同時，陀螺輸出的偏置誤差和偏置波動的差異都較大。當溫度為25℃時，諧振腔兩個本征偏振態(tài)的諧振谷間距最小，產(chǎn)生的偏振波動噪聲最大。在芯片溫度為24.28℃時，陀螺的零偏穩(wěn)定性為13.6°/s，在溫度為16.23℃時，零偏穩(wěn)定性為0.67°/s，相比24.28℃下的結(jié)果，陀螺的零偏穩(wěn)定性提高了20多倍。為減小偏振波動噪聲對R-IOG檢測精度的影響，需盡量提高入腔光和諧振腔的偏振消光比、降低耦

4、合器的偏振相關(guān)損耗、在諧振腔輸出端使用偏振不相關(guān)器件、提高順逆時針光路的互易性、同時選擇合適的WRR工作溫度、提高溫控精度使兩個偏振態(tài)盡量遠離。本論文同時分析了引入調(diào)相譜技術(shù)后的R-IOG中，由偏振波動噪聲引起的諧振曲線不對稱，以及調(diào)制參數(shù)與陀螺偏置誤差的關(guān)系。實驗測試了不同溫度下WRR的偏振特性和陀螺的輸出偏置誤差，同時也測試了在不同的諧振曲線不對稱性系數(shù)下，調(diào)制參數(shù)與陀螺偏置誤差的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上提出了減小由諧振腔不對稱引起的R-

5、IOG偏置誤差的方法。
　　 (2)本論文對R-IOG的閉環(huán)檢測方案進行了深入分析和研究。在單路閉環(huán)的開環(huán)R-IOG檢測系統(tǒng)中，噪聲抑制和陀螺帶寬是一對矛盾。論文首次建立了雙路閉環(huán)的仿真模型，對比分析了單路閉環(huán)以及三種典型雙路閉環(huán)檢測方案的系統(tǒng)特性，確定了差分雙路的閉環(huán)檢測技術(shù)，在減小系統(tǒng)互易性噪聲影響的同時改善了帶寬特性。
　　 在以上工作的基礎(chǔ)上，本論文建立了全數(shù)字差分雙路閉環(huán)R-IOG的實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)以可調(diào)諧窄線