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题目:耦合谐振环光波导陀螺结构设计与色散调制

关键词:耦合谐振环,快光,反常色散,狭缝波导,集成光学陀螺

  摘要



        随着光学陀螺技术的不断发展,人们对陀螺性能提出了更新更高的要求。相比激光陀螺和光纤陀螺,集成光波导陀螺具有小型化、集成化、低成本和便于大规模生产等优势,代表了光学陀螺器件未来的发展方向。光波导陀螺采用硅基或其它材料的光波导及其微环谐振腔代替了光纤陀螺中的长光纤,使之在有限的空间范围内实现性能的优化和器件功耗及体积的减小。但是光波导光路短和波导光损耗大的本质缺陷也成为集成光波导陀螺系统研究中最为困难的两个技术难题。如何更好的设计陀螺结构以及有效补偿光损耗成为此研究工作的重点。因此,合理的耦合谐振环结构设计和色散调制很大程度上决定了陀螺角速率灵敏度及其和性能的优劣。

        本文主要内容是针对光波导陀螺耦合谐振环结构的设计和色散的分析。通过对耦合光波导陀螺的结构设计,利用在反常色散条件下的快光效应,实现陀螺角速率灵敏度的增强。利用传输矩阵方法结构耦合模理论,在理论上得出该快光增强型光波导陀螺的透射函数曲线和频率响应特性。通过与传统单环结构陀螺性能的对比,快光增强型陀螺的灵敏度能够得到一个数量级的提高,并且拥有在角速率低于240rad/s条件下高敏感特点。另一方面,论文讨论了狭缝波导应用于集成光波导陀螺的价值。由于狭缝波导拥有高集成度、高限光能力等优点,文章分析了基于多狭缝光波导谐振环结构陀螺的色散关系和性能优势。同时对该结构进行了参数优化计算,在损耗阈值1.08dB/cm条件下,得出其灵敏度增强系数可以获得一个数量级的提高。最后,论文讨论了光增益的引入对于陀螺结构色散关系和性能的影响,并得出结论,当增益添加到大谐振环结构中时,对于陀螺灵敏度有明显的提升效果,并且有源陀螺相比无源陀螺,其性能也将进一步提升。这对于未来该快光陀螺的进一步研究和实验制备提供了理论基础。

        总结而言,本文对快光增强型光波导陀螺的色散关系和灵敏度分析进行了比较深入的研究,为其向工程化的发展又迈进了一步,预计在民用或军工领域应用的潜力巨大。