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题目:基于激光光源的光子晶体光纤陀螺技术

关键词:光纤陀螺、激光光源、光子晶体光纤、背向散射噪声、标度因数稳定性

  摘要



传统宽谱光源驱动光纤陀螺存在标度因数稳定性差、相对强度噪声大及热非互易性引起的漂移大等问题。若采用激光光源时,因光源输出功率及输出波长稳定性好,可以解决光纤陀螺标度因数稳定性差和相对强度噪声大的问题,光子晶体光纤因温度稳定性好,采用光子晶体光纤绕制光纤环时,可以有效抑制温度引起的漂移,所以激光光源驱动光子晶体光纤陀螺方案可以解决传统光纤陀螺的瓶颈。但同时此方案也存在一定的难点,即因激光光源的相干长度长,会带来较大的相干背向散射噪声。论文主要针对激光驱动实芯光子晶体光纤陀螺时产生的强背向散射噪声开展了相关研究,包括理论分析、噪声的检测及抑制技术。因光纤弯曲易对传统宽谱光源驱动的光纤陀螺标度因数稳定性产生影响,所以选取四种陀螺常用光纤在不同弯曲情况下,研究光纤弯曲对光纤陀螺标度因数稳定性的影响。论文主要开展以下研究:

一、激光驱动光子晶体光纤陀螺时光纤环中背向散射噪声的理论分析。基于背向散射方程及激光光源相位噪声理论建立背向散射噪声的理论模型,分析了激光线宽、光纤损耗系数及调制深度对背向散射噪声的影响,为后续的背向散射噪声的检测及抑制技术的研究奠定了理论基础。

二、光子晶体光纤陀螺光纤环内背向散射噪声的检测技术研究。基于开环光纤陀螺的相敏检测原理搭建实验平台,利用Labview编写了检测分析软件,并完成了光子晶体光纤陀螺的标定、常温将静态测量和不同调制深度下的常温静态测量等实验研究。

三、光子晶体光纤陀螺光纤环内背向散射噪声的抑制技术研究。基于噪声分离、噪声抑制原理分别搭建了以频谱仪为基础的噪声观测系统和以锁相放大器为基础的噪声检测系统。基于以上两个系统,对激光器进行频率调制前后的光纤陀螺常温静态输出进行测量和分析,结果验证了抑制方法的有效性。

四、光纤弯曲对传统宽谱光源驱动的光纤陀螺标度因数稳定性的影响研究。对光纤弯曲及其对光纤陀螺标度因数稳定影响的机理进行了研究,利用搭建的实验平台分析了单模光纤、保偏光纤、光子晶体光纤、保偏光子晶体光纤在不同弯曲半径下对掺铒光纤光源输出功率、平均波长及其稳定性的影响,进而分析了光纤弯曲对光纤陀螺标度因数稳定性的影响。