正交锁相放大器在谐振式光学陀螺中的应用

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作者 王国臣 赵佳祺 +3 位作者 夏秀玮 王梓丞 王沐禹 李羚宇 《中国惯性技术学报》 北大核心 2025年第1期70-75,共6页

针对谐振式光学陀螺(ROG)由于系统延时导致灵敏度降低的问题,在正弦波调制的基础上,分析了延时来源与影响,设计了轻量高效的数字式正交锁相放大器。在不涉及任何光路、电路硬件改动的前提下,通过增加一路相位差为90°的同步方波解... 针对谐振式光学陀螺(ROG)由于系统延时导致灵敏度降低的问题,在正弦波调制的基础上,分析了延时来源与影响,设计了轻量高效的数字式正交锁相放大器。在不涉及任何光路、电路硬件改动的前提下,通过增加一路相位差为90°的同步方波解调进行正交运算,利用勾股定理消除系统延时,并通过逻辑赋值、移位运算提升响应速度和兼容性。理论分析和仿真结果表明,同频同幅方波解调输出是正弦波解调输出的4/π倍,陀螺的灵敏度可提高27.3%。实验结果表明,采用正交锁相放大器后,系统延时减小了1.5μs,陀螺灵敏度进一步提高了11.8%,且具备良好的鲁棒性。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 灵敏度 正交锁相放大器 调制解调

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谐振式光学陀螺数字陀螺信号的提取技术(本期优秀论文) 被引量：5

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作者 杨婷 张成飞 +1 位作者 郑永秋 李博 《光通信技术》 北大核心 2016年第12期1-4,共4页

针对谐振式光学陀螺模拟量式陀螺信号中叠加正弦噪声的问题,提出基于NAND FLASH的数字式陀螺信号提取方式,详细阐述了型号为MT29F64G08AFAAA的FLASH操作过程。进行了样机转动和零偏稳定性测试,并对测试结果进行了Allan方差拟合,辨识出... 针对谐振式光学陀螺模拟量式陀螺信号中叠加正弦噪声的问题,提出基于NAND FLASH的数字式陀螺信号提取方式,详细阐述了型号为MT29F64G08AFAAA的FLASH操作过程。进行了样机转动和零偏稳定性测试,并对测试结果进行了Allan方差拟合,辨识出模拟量中的正弦噪声。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 NAND FLASH 正弦噪声 零偏稳定性 ALLAN方差

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外腔半导体激光器在谐振式光学陀螺中的应用研究 被引量：4

3

作者 马迎建 宋彭 武学英 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2011年第4期51-53,56,共4页

陀螺是一种高精度的惯性传感器件,作为第二代陀螺的谐振式光纤陀螺,在理论上精度高于第一代干涉型光学陀螺。但是谐振式光学陀螺对光源有一个苛刻的要求,需要光源的调谐范围要宽,线宽要窄。一般达到要求的光源体积都很大,不利于谐振陀... 陀螺是一种高精度的惯性传感器件,作为第二代陀螺的谐振式光纤陀螺,在理论上精度高于第一代干涉型光学陀螺。但是谐振式光学陀螺对光源有一个苛刻的要求,需要光源的调谐范围要宽,线宽要窄。一般达到要求的光源体积都很大,不利于谐振陀螺的小型化和成品化。基于谐振式陀螺的检测原理,提出了一种基于外腔半导体激光器的谐振陀螺控制方案,对光源的调制信号进行了分析,提出了温度恒定,控制电流的控制方案。并对外腔激光器电流特性和谐振陀螺入谷信号进行了分析。 展开更多

关键词 外腔半导体激光器 谐振式光学陀螺 小型化

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谐振式光学陀螺光源小型化驱动器的设计 被引量：2

4

作者 仇海涛 张成飞 +3 位作者 郑永秋 安盼龙 骆亮 闫树斌 《光通信技术》 北大核心 2015年第12期15-18,共4页

提出并设计了基于升压型DC/DC转换器的激光器压电陶瓷驱动器,分析了DC/DC转换器的开关电源噪声对ROG系统的影响,通过优化设计实现了电源噪声的消除,满足了ROG系统检测需求,为小型化、高精度压电陶瓷驱动电源的设计提供了参考。

关键词 谐振式光学陀螺 DC/DC开关噪声 压电陶瓷 分辨率 频率跟踪锁定速度

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谐振式光学陀螺中的偏振波动及其影响 被引量：2

5

作者 张旭琳 周柯江 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2009年第6期626-629,共4页

谐振式光学陀螺(ROG)是基于光学Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器。根据矩阵法,得到ROG中偏振波动引起的系统零漂的解析表达式。利用该解析表达式,估算达到谐振式集成微光学陀螺系统中等精度要求所需的... 谐振式光学陀螺(ROG)是基于光学Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器。根据矩阵法,得到ROG中偏振波动引起的系统零漂的解析表达式。利用该解析表达式,估算达到谐振式集成微光学陀螺系统中等精度要求所需的偏振匹配参数。通过实验,验证偏振控制器对抑制偏振噪声的效果。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 零漂 偏振波动 偏振本征态

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谐振式光学陀螺的快速锁频技术 被引量：1

6

作者 任勇峰 于淼 +1 位作者 焦新泉 郑永秋 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2018年第4期35-37,44,共4页

通过搭建谐振式光学陀螺(R-MOG)测试系统,对光纤环形谐振腔(FRR)的谐振特性及其一次谐波特性进行分析,提出一种数字比例(PI)闭环反馈控制的方法,将光源的输出频率精确锁定在环路的谐振频率点处。采用数字锁频方式应用于R-MOG中,优化锁... 通过搭建谐振式光学陀螺(R-MOG)测试系统,对光纤环形谐振腔(FRR)的谐振特性及其一次谐波特性进行分析,提出一种数字比例(PI)闭环反馈控制的方法,将光源的输出频率精确锁定在环路的谐振频率点处。采用数字锁频方式应用于R-MOG中,优化锁频技术,实现谐振频率在4 000 s的锁定,稳定度优于9×10^(-12)。测试表明,该数字锁频技术提高了陀螺的灵敏度和输出稳定度,具有快速、准确及适用范围广等优点,为R-MOG提供了新的检测方法,具有较高的工程应用价值。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 锁频 光纤环形谐振腔 数字比例积分反馈控制

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谐振式光学陀螺自适应逼近式频率锁定技术 被引量：1

7

作者 张成飞 杨婷 +1 位作者 郑永秋 薛晨阳 《激光杂志》 北大核心 2018年第3期28-31,共4页

提出并设计了基于FPGA的自适应逼近式锁频伺服控制器,详细阐述了自适应逼近式锁频技术的算法流程,简化了闭环锁频控制系统参数整定的过程。搭建了单路静态模拟转动系统,测试了锁频控制系统对阶跃信号的响应能力;提出了设置分段阈值和步... 提出并设计了基于FPGA的自适应逼近式锁频伺服控制器,详细阐述了自适应逼近式锁频技术的算法流程,简化了闭环锁频控制系统参数整定的过程。搭建了单路静态模拟转动系统,测试了锁频控制系统对阶跃信号的响应能力;提出了设置分段阈值和步进的优化方法,解决了锁频精度与锁频跟踪速度的矛盾;在谐振式光学陀螺的实际转动测试中,得到了8.34 k Hz的锁频精度和优于25 k Hz/us的锁频跟踪速度。实验表明所设计的自适应伺服控制器,满足了谐振式光学陀螺检测系统对谐振频率高精度锁定及快速跟踪的要求。 展开更多

关键词 伺服控制器 静态模拟转动系统 锁频精度 谐振式光学陀螺

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谐振式光学陀螺小型化光源频率跟踪锁定研究 被引量：2

8

作者 马迎建 唐瑶 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2012年第1期35-37,共3页

谐振式光学陀螺是一种基于Sagnac效应的高精度新型角速度传感器,通过检测谐振腔顺逆时针两路光路的谐振频差得到角速度。谐振式光学陀螺的小型化关键是实现光源的小型化。基于半导体窄线宽小型化光源调制方式的特点,分析了谐振谷的频率... 谐振式光学陀螺是一种基于Sagnac效应的高精度新型角速度传感器,通过检测谐振腔顺逆时针两路光路的谐振频差得到角速度。谐振式光学陀螺的小型化关键是实现光源的小型化。基于半导体窄线宽小型化光源调制方式的特点,分析了谐振谷的频率跟踪锁定问题,实现了陀螺的频率跟踪控制。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 频率跟踪锁定 调制

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谐振式光学陀螺的两种相位调制波形比较 被引量：1

9

作者 安盼龙 赵瑞娟 《科学技术与工程》 北大核心 2018年第12期208-213,共6页

调相谱技术在谐振式光学陀螺信号检测过程非常重要,其中调相波形的选择在抑制光电噪声、实现高精度锁频尤为关键。理论分析了正弦波与三角波信号的调制及光电检测机理。设计并搭建光学平台,对双路谐振式光学陀螺分别采用这两种信号进行... 调相谱技术在谐振式光学陀螺信号检测过程非常重要,其中调相波形的选择在抑制光电噪声、实现高精度锁频尤为关键。理论分析了正弦波与三角波信号的调制及光电检测机理。设计并搭建光学平台,对双路谐振式光学陀螺分别采用这两种信号进行调制,得到了两路信号的锁频精度及输出精度。最后分析对比了采用正弦波与三角波信号调制的实验结果:采用正弦波调制的效果优于三角波一倍以上,可以有效解决三角波调制过程存在的瞬态响应噪声;为谐振式光学陀螺进一步调相集成提供理论及实验支撑。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 调制波形 相位调制 锁频精度

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谐振式光学陀螺入谷信号的判断方案 被引量：1

10

作者 马迎建 宋彭 《电子测量技术》 2010年第10期96-99,共4页

谐振式光学陀螺是一种新型的惯性传感器件,通过控制扫描频率锁定在谐振谷中,检测频率变化引起的光强变化从而计算出转速信号。在谐振陀螺系统中,入谷电压的判断是谐振陀螺检测系统中的第一步。由于选用的光源不同,对于光源的调频方式不... 谐振式光学陀螺是一种新型的惯性传感器件,通过控制扫描频率锁定在谐振谷中,检测频率变化引起的光强变化从而计算出转速信号。在谐振陀螺系统中,入谷电压的判断是谐振陀螺检测系统中的第一步。由于选用的光源不同,对于光源的调频方式不同,调频方式对于光源的影响也不相同,因此对于入谷电压的判断方法也不同。根据两种光源条件下对于光源入谷电压的判断进行了分析,并且对于光源功率随频率变化的情况进行了重点分析,提出了两种入谷电压的判断方案,通过比较两种方法的差别,最终选用了模拟方法,并且经过实验验证,取得了很好的效果。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 入谷信号 频率扫描

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基于谐振式光学陀螺的RS422传输系统设计

11

作者 赵锐 张成飞 +3 位作者 孙颖 李鑫 刘俊 唐军 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期799-801,806,共4页

为实现谐振式光学陀螺中现场可编程门阵列(FPGA)主控芯片与上位机之间的数据传输需求,便于实时调整陀螺的各项参数、优化陀螺的工作状态。该文采用全双工通信RS422串口与USB接口实现了基于FPGA的谐振式光学陀螺数字检测系统与MATLAB上... 为实现谐振式光学陀螺中现场可编程门阵列(FPGA)主控芯片与上位机之间的数据传输需求,便于实时调整陀螺的各项参数、优化陀螺的工作状态。该文采用全双工通信RS422串口与USB接口实现了基于FPGA的谐振式光学陀螺数字检测系统与MATLAB上位机的连接。在分析了陀螺的工作原理的基础上,重点开展了RS422串口在陀螺系统中的软硬件和上位机通信功能设计。实验结果表明,该数据传输系统工作稳定,灵活可靠,能较好地实现谐振式光学陀螺与MATLAB上位机间的数据传输。 展开更多

关键词 RS422 谐振式光学陀螺 MATLAB 数据传输 硬件设计

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谐振式光学陀螺输出精度的提高设计 被引量：2

12

作者 李鑫 郑永秋 +1 位作者 唐军 刘俊 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期235-239,共5页

介绍了谐振式光学陀螺的系统构建及工作原理。针对谐振式光学陀螺系统中引入白噪声而影响其转动输出精度问题,该文从理论上对该系统中各信号间的互相关性原理进行了分析,并提出了一种采用数字低通滤波器对信号进行噪声滤除的处理方式。... 介绍了谐振式光学陀螺的系统构建及工作原理。针对谐振式光学陀螺系统中引入白噪声而影响其转动输出精度问题,该文从理论上对该系统中各信号间的互相关性原理进行了分析,并提出了一种采用数字低通滤波器对信号进行噪声滤除的处理方式。通过对该陀螺系统进行转动测试和零偏稳定性测试。研究发现,其转动输出信号幅度范围用数字量表示由原来的300减小到60。利用Allan方差对零偏稳定性测试数据进行拟合计算,得出其输出精度由265.29(°)/h提高到62.96(°)/h,结果表明,该系统输出精度得到有效提高。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 白噪声 低通滤波器 零偏稳定性 ALLAN方差

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谐振式光学陀螺背散射噪声的抑制 被引量：1

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作者 闫徐林 闫树斌 +3 位作者 郑永秋 张成飞 薛晨阳 刘俊 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2017年第2期82-85,共4页

背散射噪声是制约陀螺精度的重要因素。针对由背向反射光引入的背散射噪声建立了数学模型,并进行了理论推导及仿真。利用光电探测器(PD)的带通性能设置合适的参数,将其主频率外的以背散射噪声为主的干扰噪声滤除掉。实验表明,设置合适... 背散射噪声是制约陀螺精度的重要因素。针对由背向反射光引入的背散射噪声建立了数学模型,并进行了理论推导及仿真。利用光电探测器(PD)的带通性能设置合适的参数,将其主频率外的以背散射噪声为主的干扰噪声滤除掉。实验表明,设置合适的滤波参数使背散射噪声得到明显的抑制,最大可抑制10 d B左右的背散射噪声。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 背散射噪声 光电探测器 带宽

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谐振式光学陀螺锁频偏差的消除方法研究 被引量：1

14

作者 孙颖 张成飞 +2 位作者 刘文耀 唐军 刘俊 《压电与声光》 CAS 北大核心 2019年第1期102-105,共4页

谐振式光学陀螺系统需要使用激光器跟踪锁定谐振频率进行角速度检测,但其所用的半导体激光器存在光功率波动问题,受到相位调制器残余强度调制的影响,会使系统的解调曲线中心点发生偏移,导致陀螺系统出现锁定偏差,输出路形成长期漂移,该... 谐振式光学陀螺系统需要使用激光器跟踪锁定谐振频率进行角速度检测,但其所用的半导体激光器存在光功率波动问题,受到相位调制器残余强度调制的影响,会使系统的解调曲线中心点发生偏移,导致陀螺系统出现锁定偏差,输出路形成长期漂移,该文对此进行了仿真分析与实验测试,并通过标定光功率与解调曲线中心点的方式得到两者线性关系,实时检测光功率补偿陀螺系统锁频点,消除光功率波动引起的陀螺输出误差,在本方案下陀螺系统的零偏稳定性测试为80 (°)/h,且输出路无漂移现象,能够提升陀螺系统的长期工作稳定性。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 光功率波动 中心点标定 零偏稳定性 残余强度调制

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谐振式光学陀螺的改进型伺服控制器设计 被引量：1

15

作者 孙颖 张成飞 +2 位作者 刘文耀 刘俊 唐军 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期213-216,共4页

谐振式光学陀螺需要使用激光器频率锁定技术实现其中一路的频率锁定,探测另一路的谐振频率。在实现激光频率锁定后,陀螺系统会受环境因素的影响在锁频环路中产生超低频漂移,传统的比例积分伺服控制器产生的增益不能够抑制该漂移。本文... 谐振式光学陀螺需要使用激光器频率锁定技术实现其中一路的频率锁定,探测另一路的谐振频率。在实现激光频率锁定后,陀螺系统会受环境因素的影响在锁频环路中产生超低频漂移,传统的比例积分伺服控制器产生的增益不能够抑制该漂移。本文采用一路为传统的比例积分控制器,另一路为低通滤波器与积分控制器,两路共同作用形成新型伺服控制器进行激光器的频率锁定,提高锁频环路的低频增益,抑制锁频路产生的超低频漂移,通过仿真理论证明其可行性,并进行系统测试,测得锁频环路中的Allan方差值为0.005°/s,且锁频路基本无漂移。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 激光器频率锁定技术 伺服控制器 锁频精度

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谐振式光学陀螺用激光器双电流源混合驱动方法 被引量：1

16

作者 王琪伟 王泽宇 +2 位作者 杨博 周晓娜 徐万扬 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期536-540,共5页

针对谐振式光学陀螺对半导体激光器的窄线宽、低频率噪声和高调谐速率的需求,开展了低噪声、高带宽激光器驱动控制技术研究,提出了双电流源混合驱动的设计方案。采用一个环路带宽被大幅度压缩的大电流恒定电流源和一个环路带宽满足调谐... 针对谐振式光学陀螺对半导体激光器的窄线宽、低频率噪声和高调谐速率的需求,开展了低噪声、高带宽激光器驱动控制技术研究,提出了双电流源混合驱动的设计方案。采用一个环路带宽被大幅度压缩的大电流恒定电流源和一个环路带宽满足调谐要求的小电流压控电流源并联的方式,在对激光器进行高速稳定调谐的同时保证了其具有理想的频率噪声和线宽性能。解决了利用同一电流源提供恒定电流和调谐电流所引入的控制精度损失,或者由高调谐速率所导致的频率噪声和线宽劣化,影响陀螺锁频控制精度的问题。实现了激光器输出频率噪声优于25 Hz/Hz^(1/2)@10 kHz,在整个调谐范围内线宽小于3.6 kHz,以直径60 mm波导谐振腔为敏感环的谐振式光学陀螺为例,陀螺的锁频精度达到3.72°/h(约为0.48 Hz)。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 窄线宽半导体激光器 激光器驱动 锁频控制

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谐振式光学陀螺的激光频率锁定技术设计

17

作者 李鑫 郑永秋 +2 位作者 唐军 刘俊 张扬 《光通信技术》 北大核心 2018年第3期22-24,共3页

对谐振式光学陀螺系统构建及原理进行了分析设计,并对该陀螺在国内外的研究现状进行了相应的介绍。同时针对谐振式光学陀螺的激光频率锁定这一问题,提出了叠加式的数字锁频算法,与比例积分(PI)控制器构成的锁频回路相比,能够提高频率锁... 对谐振式光学陀螺系统构建及原理进行了分析设计,并对该陀螺在国内外的研究现状进行了相应的介绍。同时针对谐振式光学陀螺的激光频率锁定这一问题,提出了叠加式的数字锁频算法,与比例积分(PI)控制器构成的锁频回路相比,能够提高频率锁定反馈响应,减小系统功率消耗。对该陀螺系统进行转动测试,并利用Allan方差进行一小时的零偏稳定性拟合计算,证明了设计的数字锁频算法能够满足谐振式光学陀螺系统测试需求,锁频精度达到了预期目标。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 激光频率锁定 叠加式 数字锁频 ALLAN方差

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谐振式光学微腔陀螺锁频及误差反馈技术研究

18

作者 李溢凡 白禹 +2 位作者 张仕泽 卜韩 刘文耀 《电子测量技术》 北大核心 2025年第16期142-149,共8页

针对谐振式光学微腔陀螺(RMOG)因环境温度与振动等因素导致的谐振频率漂移问题,本文提出了一种基于FPGA的高精度数字锁频及误差反馈技术研究方案。系统通过FPGA实现双相位调制与频差信号处理,结合20位数模转换器AD5791生成高精度反馈信... 针对谐振式光学微腔陀螺(RMOG)因环境温度与振动等因素导致的谐振频率漂移问题,本文提出了一种基于FPGA的高精度数字锁频及误差反馈技术研究方案。系统通过FPGA实现双相位调制与频差信号处理,结合20位数模转换器AD5791生成高精度反馈信号,利用PI控制器完成激光器频率对光波导谐振腔的实时追踪锁定,并引入基于误差反馈的实时输出补偿算法动态修正输出环路偏差。实验结果表明,该锁频系统响应时间为17.50 ms,锁频精度达48.51 Hz,显著提升了陀螺系统的动态性能与稳定性。相较于传统16位DAC方案,新系统在响应速度与锁频精度上分别提升了49.28%与72.10%,验证了数字化架构与双相位调制技术在抑制噪声和优化频谱分离中的有效性,为谐振式光学微腔陀螺的实用化提供了可靠的技术支持。 展开更多

关键词 谐振式光学陀螺 FPGA 数字锁频 双相位调制 AD5791 PI控制器 误差反馈

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谐振式硅基集成光学陀螺的偏振噪声建模与分析 被引量：7

19

作者 于怀勇 张春熹 +3 位作者 冯丽爽 刘惠兰 焦志超 王俊杰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期1287-1293,共7页

偏振噪声是谐振式集成光学陀螺的主要光学噪声源,其存在大大降低了系统的精度,为了定量化研究谐振式集成光学陀螺偏振噪声的产生机理,利用琼斯矩阵和光束传播法建立了谐振式硅基集成光学陀螺偏振噪声模型,该模型综合考虑了波导传输介质... 偏振噪声是谐振式集成光学陀螺的主要光学噪声源,其存在大大降低了系统的精度,为了定量化研究谐振式集成光学陀螺偏振噪声的产生机理,利用琼斯矩阵和光束传播法建立了谐振式硅基集成光学陀螺偏振噪声模型,该模型综合考虑了波导传输介质中的光偏振态交叉耦合、应力双折射等的影响,有效地逼近了实际的物理系统。基于上述模型得出了谐振腔内二氧化硅波导本征偏振态交扰与陀螺极限输出之间的表达式。对波导谐振腔内与偏振相关的3个因素:输入光偏振态、温度波动和波导保偏性能进行了仿真分析。并通过在输入端插入高偏振度起偏器的实验装置,有效验证了所建偏振理论模型受输入光偏振态波动影响的正确性。 展开更多

关键词 谐振式硅基集成光学陀螺 光学噪声 偏振噪声 双折射 偏振态交叉耦合

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谐振式集成光学陀螺解调特性分析 被引量：4

20

作者 郭丽君 宁亮 +1 位作者 孔梅 陈拓源 《中国光学》 EI CAS 2014年第4期651-656,共6页

基于激光器频率谱检测技术,沿着光的传输方向分析了光波在谐振式集成光学陀螺系统中的传播,结合输入信号特征,建立频域内的数学模型,通过数值仿真和实验得到了调频检测系统下的解调曲线。按照光的传输方向:激光器、声光晶体移频器、光... 基于激光器频率谱检测技术,沿着光的传输方向分析了光波在谐振式集成光学陀螺系统中的传播,结合输入信号特征,建立频域内的数学模型,通过数值仿真和实验得到了调频检测系统下的解调曲线。按照光的传输方向:激光器、声光晶体移频器、光波导环形谐振器、探测器,利用贝塞尔函数展开和光场耦合模理论分析了谐振式集成光学陀螺解调特性,及其调频调制检测系统解调输出信号与谐振频率偏差之间的关系。通过数值计算,分析了解调曲线的变化规律,得到了施加在激光器压电陶瓷驱动器上调制波形的最佳调制系数。在实验上搭建了激光器频率调制解调技术系统,得到了解调曲线。数值仿真和实验结果表明,当调制系数M=2时,线性工作区间斜率最大,解调曲线最好。实测形状与理论分析结果相符,从解调信号得到±2×103rad/s的陀螺动态范围。 展开更多

关键词 谐振式集成光学陀螺 激光频率光谱 解调特性 解调曲线

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