● 摘要
光纤陀螺(FOG)具有无转动部件的全固态结构、动态范围大、带宽大、功耗低、抗冲击振动、体积小、无启动过程、寿命长等突出优点，在国防领域诸如航天、航空、航海和兵器等和地质、石油勘探等民用领域中得到了广泛应用。目前，光纤陀螺的发展趋势之一是轻小型化。对于轻小型光纤陀螺，轴向磁场引起的非互易相位差是光纤陀螺的主要误差源之一。论文着眼于轴向磁场作用对光纤陀螺输出的影响，通过理论分析、数学建模、仿真研究和实验验证，对影响机理进行了分析和讨论。
首先，通过扭转光纤模型和耦合模方程，推导由光纤随机扭转引起的轴向法拉第漂移，得到理论公式并得出结论：轴向磁场平行分量产生的光纤随机扭转法拉第磁场漂移来源于光纤环相邻两层光纤存在的长度差。仿真结果表明该相位差引起的零偏大约为10-3°/h量级，对于精度为0.1~0.5°/h的小型陀螺可忽略。
其次，基于几何旋光效应对光纤几何扭转引起的法拉第非互易相位差进行了讨论和仿真分析。实际中沿着光纤长度上由几何缠绕引起的残余圆双折射，导致正反两束光通过光纤环时偏振态的改变不同，光纤环中两束反向传播光波之间产生几何轴向法拉第相位误差。光纤环骨架半径越小，几何轴向磁敏感性越大。
再次，利用麦克斯韦方程，结合光纤模式场相关理论，针对轴向磁场的垂直分量对光纤陀螺输出的影响进行了研究分析。得到了相关理论结果，作出了仿真分析，并得到了由模式场偏移和弯曲导致的折射率变化引起轴向磁敏感性的结论。
最后，利用正方形亥姆霍兹线圈对光纤环进行了轴向磁敏感性的相关实验。通过实验测试了不同光纤环对轴向磁场的敏感程度。提出了垂直分量磁场相位差的实验验证方案，得到了垂直分量磁场相位差的准确值。