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宽带光源光谱特性对光纤陀螺性能影响的分析

作　者: 曹毓
导　师: 冯莹
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光学工程
关键词: 光纤陀螺 宽带光源 相干函数 标度因数 偏振非互易 瑞利后向散射
分类号: V241.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 169次
引　用: 3次
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内容摘要


光纤陀螺具有结构简单、体积小、灵敏度高、动态范围大等优点,在军事及民用领域得到了广泛的应用。而宽带光源作为光纤陀螺中的关键器件,其性能的好坏直接影响着陀螺精度。本文分析了宽带光源光谱特性对光纤陀螺性能的影响,得到了一些有意义的结论。本文在MATLAB环境下编制程序,模拟了具有不同特性的光谱结构,包括基本特性(谱形、谱宽等),纹波特性以及不对称特性。在此基础上,采用分段离散化计算再求和的方法,计算了不同类型光谱的自相干函数,并分析了光谱的不同特性对其自相干函数的影响。在模拟光谱谱形和计算自相干函数的基础上,对陀螺中与光源光谱特性相关的部分噪声(强度型偏振非互易噪声、瑞利后向散射噪声)加以建模分析,得出不同噪声和光谱自相干函数之间的定量联系。然后通过建立的模型计算了不同特性光谱所导致的陀螺各相关噪声大小。利用光谱自相干函数数据,计算出每一种光源光谱在陀螺中所对应的输出干涉条纹强度随输入角速度变化的曲线。采用拟合计算的方法,得到陀螺标度因数的相对值。由不同特性光谱对应得到的标度因数值的不同,找出了光谱特性(谱宽、不对称性)的变化与陀螺标度因数稳定性之间的联系。根据以上所述方法,分析了一种未经平坦化的掺铒光纤光源光谱随泵浦功率变化表现出的标度因数稳定性波动。通过光谱仪实际测量的不同结构掺铒光纤光源的光谱数据进行噪声计算,得到了具有一定实际指导意义的结论。利用课题组研制的光纤光源样机进行温度实验所得到的数据进行分析,得到了该光源样机的标度因数温度稳定性约为8.65ppm/℃,基本达到了较高精度的要求,但仍有较大的改进空间。文章的最后,综合考虑降低噪声和提高标度因数稳定性的因素,分析了最合适的光谱带宽;同时针对目前光谱平坦化工作存在的不足,从理论上提出一种改进的光源光谱滤波方案,以供参考。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 课题研究背景  11-12
  1.2 光纤陀螺的分类及研究现状  12-14
    1.2.1 光纤陀螺的分类  12-13
    1.2.2 国外光纤陀螺发展水平  13-14
    1.2.3 国内光纤陀螺发展水平  14
  1.3 光纤陀螺光源的特点及发展状况  14-17
    1.3.1 高精度光纤陀螺对光源性能的要求  14-15
    1.3.2 用于光纤陀螺的宽带光源的发展过程  15-17
  1.4 论文主要内容  17-19
第二章 宽带光源光谱的模拟仿真及自相干特性研究  19-30
  2.1 光谱特性分类及其MATLAB仿真实现  19-20
  2.2 光谱自相干函数的计算  20-24
    2.2.1 自相干函数计算原理  21-22
    2.2.2 自相干函数的编程计算  22-24
    2.2.3 自相干函数计算步长的选取对计算结果的影响  24
  2.3 宽带光源光谱的自相干特性分析  24-29
    2.3.1 理想光谱的基本特性对自相干函数的影响  24-26
    2.3.2 光谱纹波对自相干函数的影响  26-28
    2.3.3 光谱不对称性对自相干函数的影响  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章 与光源光谱特性相关的陀螺噪声的分析计算  30-41
  3.1 强度型偏振非互易噪声的模型建立及仿真计算  30-36
    3.1.1 强度型偏振非互易噪声的模型建立  30-32
    3.1.2 不同光谱特性造成的强度型偏振非互易噪声的仿真结果  32-36
  3.2 瑞利后向散射噪声的模型建立及仿真计算  36-39
    3.2.1 瑞利后向散射噪声模型建立  36-38
    3.2.2 不同光谱特性造成的瑞利后向散射噪声的仿真结果  38-39
  3.3 与光源光谱特性相关的克尔效应噪声分析  39-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章 宽带光源光谱特性对陀螺标度因数稳定性影响的分析  41-52
  4.1 光纤陀螺的标度因数  41-45
    4.1.1 光纤陀螺标度因数的概念  41-43
    4.1.2 闭环控制下标度因数的计算  43-45
  4.2 光源光谱特性对陀螺标度因数影响的分析  45-51
    4.2.1 相干函数实部变化对标度因数的影响  46-48
    4.2.2 相干函数虚部变化对标度因数的影响  48-49
    4.2.3 光源泵浦功率与标度因数稳定性的关系  49-51
  4.3 本章小结  51-52
第五章 实际光源引入陀螺的噪声及标度因数稳定性分析  52-61
  5.1 实际测得的光纤光源光谱的噪声分析  52-55
  5.2 光源样机的温度稳定性实验及标度因数稳定性分析  55-56
    5.2.1 光源样机的温度稳定性实验过程及结果  55-56
    5.2.2 标度因数稳定性分析及结论  56
  5.3 有关光源最佳谱宽及滤波方案的讨论  56-60
    5.3.1 关于掺饵宽带光源最佳谱宽的讨论  56-59
    5.3.2 有关滤波方案的讨论  59-60
  5.4 本章小结  60-61
第六章 总结  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-66
作者攻读硕士学位期间取得的学术成果  66

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 航空仪表、航空设备 > 陀螺仪表
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