雙路閉環(huán)諧振式集成光學(xué)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(xué)陀螺有許多其他陀螺無(wú)法取代的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。相比微機(jī)械陀螺，R-IOG是一種全固態(tài)陀螺，具有較強(qiáng)的抗沖擊和耐振動(dòng)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(xué)陀螺(R-IOG)在微小型化和集成化上具有更大的優(yōu)勢(shì)。
　　 為進(jìn)一步提高R-IOG的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，論文開(kāi)展了R-IOG核心敏感元件-光波導(dǎo)環(huán)形諧振腔(WRR)的偏振特性研究，減小偏振波動(dòng)噪聲對(duì)R-IOG檢測(cè)

2、精度的影響；為改善R-IOG的帶寬特性，論文同時(shí)開(kāi)展了雙路閉環(huán)檢測(cè)方案的研究。主要的創(chuàng)新點(diǎn)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(dòng)噪聲的影響機(jī)理并提出了相關(guān)抑制措施。首次開(kāi)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(xì)分析諧振腔結(jié)構(gòu)參數(shù)和輸入光波特性等對(duì)諧振腔輸出信號(hào)的影響，并用來(lái)仿真和計(jì)算R-IOG中的偏振波動(dòng)噪聲；通過(guò)研究不同溫度下WRR的偏振特性及

3、對(duì)R-IOG檢測(cè)精度的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)諧振腔芯片溫度不同時(shí)，陀螺輸出的偏置誤差和偏置波動(dòng)的差異都較大。當(dāng)溫度為25℃時(shí)，諧振腔兩個(gè)本征偏振態(tài)的諧振谷間距最小，產(chǎn)生的偏振波動(dòng)噪聲最大。在芯片溫度為24.28℃時(shí)，陀螺的零偏穩(wěn)定性為13.6°/s，在溫度為16.23℃時(shí)，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(dòng)噪聲對(duì)R-IOG檢測(cè)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(shí)針光路的互易性、同時(shí)選擇合適的WRR工作溫度、提高溫控精度使兩個(gè)偏振態(tài)盡量遠(yuǎn)離。本論文同時(shí)分析了引入調(diào)相譜技術(shù)后的R-IOG中，由偏振波動(dòng)噪聲引起的諧振曲線不對(duì)稱，以及調(diào)制參數(shù)與陀螺偏置誤差的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)也測(cè)試了在不同的諧振曲線不對(duì)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(duì)稱引起的R-

5、IOG偏置誤差的方法。
　　 (2)本論文對(duì)R-IOG的閉環(huán)檢測(cè)方案進(jìn)行了深入分析和研究。在單路閉環(huán)的開(kāi)環(huán)R-IOG檢測(cè)系統(tǒng)中，噪聲抑制和陀螺帶寬是一對(duì)矛盾。論文首次建立了雙路閉環(huán)的仿真模型，對(duì)比分析了單路閉環(huán)以及三種典型雙路閉環(huán)檢測(cè)方案的系統(tǒng)特性，確定了差分雙路的閉環(huán)檢測(cè)技術(shù)，在減小系統(tǒng)互易性噪聲影響的同時(shí)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以可調(diào)諧窄線