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光纤陀螺用掺铒光纤光源的关键技术研究

作　者: 卓智鹏
导　师: 李绪友
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 光纤陀螺 掺铒光纤光源 泵浦驱动 中心波长稳定性
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 419次
引　用: 2次
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内容摘要


掺铒光纤光源因具有优良的特性，广泛地应用于光纤传感及光电通讯等领域。尤其是在惯导级高精度光纤陀螺的中，该类光源是最具潜力的候选者，其性能的优劣直接影响到了陀螺精度及稳定性。因此深入开展掺铒光纤光源的研究对于光纤陀螺性能的提高具有非常重要的意义。本文对专门用于光纤陀螺的掺铒光纤光源的特性进行了详细的理论和实验研究。论文首先介绍了光纤陀螺的基本原理及陀螺对于光源的要求，比较分析适用于光纤陀螺的三种光源的特点，并系统分析了光源输出功率、中心波长稳定性及谱线宽度等参数对于光纤陀螺性能的影响，为光纤陀螺精度的提高提供了理论指导。随后了分析铒离子的能级结构，比较各个适合的泵浦带，并选择合适的泵浦源；设计并实现了泵浦源驱动电路，其中包括恒流源电路、自动功率控制电路、双向自动温度控制电路及保护电路等。接着文章对铒纤的发光机理进行了研究，在三能级速率方程的基础上建立铒纤的物理模型，并给出该模型的数学描述；比较不同结构掺铒光纤光源的输出特点，设计适合于光纤陀螺的掺铒光纤光源的结构；重点介绍几种光纤光栅滤波器，并提出实现光源输出平坦化的方案。最后分析并研究了铒纤长度、泵浦功率、接续损耗等参数对于掺铒光纤光源性能的影响，最终通过优化各个参数研制出适合于光纤陀螺的高功率输出、宽谱宽及中心波长稳定性强的掺铒光纤光源。总之，本论文围绕光纤陀螺领域的热点问题，从理论和实验上研究了高输出、高稳定的掺铒光纤光源的实现，对光纤陀螺的科研生产具有一定的理论及实践指导。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-19
  1.1 光纤激光器概述  10-12
  1.2 掺铒光纤光源的研究进展  12-17
    1.2.1 国外进展  12-16
    1.2.2 国内进展  16-17
  1.3 课题背景及意义  17-19
第2章 光纤陀螺对于光源的要求  19-33
  2.1 Sagnac效应  19-21
  2.2 干涉式光纤陀螺对光源的要求  21-26
    2.2.1 消偏与保偏结构对光源的要求  22-23
    2.2.2 光路结构互易性对光源的要求  23-26
  2.3 陀螺用各类光源的比较与选择  26-32
    2.3.1 LED与LD光源  27-28
    2.3.2 SLD光源  28-30
    2.3.3 EDFL光源  30-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章 光纤光源的发光机理及其对陀螺的影响  33-55
  3.1 铒离子发光机理  33-35
  3.2 掺铒光纤光源的物理模型  35-46
    3.2.1 物理模型的数学描述  35-42
    3.2.2 高级模型分析  42-46
  3.3 功率及其稳定性对陀螺的影响  46-47
  3.4 中心波长稳定性对于陀螺的影响  47-48
  3.5 谱宽对于陀螺的影响  48-54
    3.5.1 模式耦合噪声分析与消除  51
    3.5.2 瑞利后向散射分析与消除  51-53
    3.5.2 偏振非互易噪声分析与消除  53-54
  3.6 本章小结  54-55
第4章 泵浦驱动电路的设计及实验研究  55-70
  4.1 泵浦源选择  55-56
  4.2 泵浦驱动电路设计与测试  56-69
    4.2.1 驱动电路总体结构设计  56-57
    4.2.2 恒流源驱动电路设计及测试  57-60
    4.2.3 ATC电路设计  60-63
    4.2.4 APC电路设计  63-65
    4.2.5 浪涌保护电路设计  65-67
    4.2.6 泵浦输出功率测试  67-69
  4.3 本章小结  69-70
第5章 掺铒光纤光源光路设计与实验研究  70-89
  5.1 光路结构分析与设计  70-72
  5.2 增益平坦化措施研究  72-78
    5.2.1 电介质薄膜滤光片  73-74
    5.2.2 马赫-曾德滤波器  74-76
    5.2.3 布拉格光栅滤波器  76-77
    5.2.4 长周期光纤光栅  77-78
  5.3 光源总体性能测试与分析  78-88
    5.3.1 铒纤长度对光源性能的影响  80-84
    5.3.2 泵浦功率对光源性能的影响  84-87
    5.3.3 光纤接续损耗分析  87-88
  5.4 本章小结  88-89
结论  89-91
参考文献  91-96
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  96-97
致谢  97

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 光纤元件
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