● 摘要
双光程光纤陀螺是北京航空航天大学于2009年提出的一种新型光纤陀螺方案，通过在传统光纤陀螺基础上，在保偏光纤环的两端各连接一个偏振分束器(PBS)，使得输入保偏光纤环的光波依次沿保偏光纤的快轴、慢轴顺序传输两圈后输出，从而有效光程加倍，理论上可实现陀螺的精度加倍。因而在相同精度下具有体积小、重量轻的优点，适用于某些小型化、高精度场合。然而此新型双光程光纤陀螺方案还存在许多问题亟待研究，如不均匀温度场扰动引起的非互易问题，光路系统中的偏振误差等。为此本论文针对此新型双光程光纤陀螺光纤环温度及偏振非互易误差展开研究，主要展开了以下的研究工作：
一、针对双光程光纤陀螺光纤环在温度场扰动下产生的非互易误差进行了分析，建立此新型双光程光纤陀螺Shupe误差数学模型；重点分析了环中90°偏振态转换点位置和光纤环快、慢轴折射率温度系数对该Shupe误差的影响。通过仿真分析确定了双光程光纤陀螺的光路互易性结构以及可有效减小该Shupe误差的方法。
二、利用相干矩阵和琼斯矩阵对双光程光纤陀螺光路中光学器件和熔接点的光学参数进行描述，基于光路中耦合次波列与主波列间的相干叠加机理，建立了该系统偏振误差模型。利用Matlab对光路系统中各因素对偏振误差的影响进行了仿真分析，得出PBS耦合点的消光比对该偏振误差的影响最为显著。除此之外，还提出了一种可有效抑制双光程光纤陀螺偏振误差的尾纤对称匹配法。
三、为了提高双光程光纤陀螺光路的互易性，设计一种能够双向输入、输出并有保偏功能的双向光纤偏振复用器，代替光纤环两端的两个PBS；同时利用直接耦合技术以及将90°偏振态转换点居中，对双光程光纤陀螺光路进行进一步的优化。
四、搭建了1310nm、1550nm双光程光纤陀螺样机，分别对其进行静态与全温测试。实验结果表明：与相同环长的传统光纤陀螺相比，其实验室精度基本提高一倍，与理论分析相吻合。另外，其温度及振动特性也得到了有效验证。