光源稳定性对光纤陀螺性能的影响及解决方案VIP免费

第14卷第2期中国惯性技术学报2006年4月Vol.14No.2JournalofChineseInertialTechnologyApr.2006文章编号：1005-6734(2006)02-0085-04光源稳定性对光纤陀螺性能的影响及解决方案于海群，卓智鹏，高洪涛，李绪友（哈尔滨工程大学自动化学院，哈尔滨150001）摘要：分析了光源出纤功率和波长波动对陀螺性能的影响，并理论研究了双程后向结构掺铒光纤超荧光光源的特性。结果表明，在任意反射镜参数下，只要选取适当的掺铒光纤长度，该结构光源总能实现不依赖于泵浦功率的平均波长高稳定性运行；在高稳定性的前提下，反射镜参数优化后的该结构光源有较宽的频带宽度和较高的输出功率。得出了该结构光源可以满足高精度惯导级光纤陀螺对光源稳定性要求的结论。关键词：稳定性；光纤超荧光光源；掺铒光纤；光纤陀螺中图分类号：U666.1文献标识码：AInfluenceofsources’stabilityonFOG’scharacteristicsanditssolutionYUHai-qun,ZHUOZhi-peng,GAOHong-tao,LIXu-you(AutomationCollege,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China)Abstract:Theinfluencesoftheundulationoftheoutputpowerandmean-wavelengthofsourcestothecharacteristicsoffiber-opticgyroscope(FOG)areanalyzed,andErbium-dopedsuperfluorescentfibersources(SFS)pumpedindouble-passbackward(DPB)configurationarecharacterizedthroughtheoreticalsimulation.Theresultsindicatethatthemean-wavelengthstabilitycanalwaysbemaintainedbyproperlyadjustingtheerbium-dopedfiber(EDF)’slengthwithoutanydependenceonpumppowerunderanyparametersofreflector.Inthecaseofhighstablemean-wavelengthoperation,theDPBSFSwiththeoptimizedreflectorhasaspectrumlinewidthandpumpefficiencyobviouslylargerthanSFSinotherconfigurations.TheconclusionthatSFScanmeettherequirementsofhighprecisionnavigational-gradeFOGiseduced.Keywords:stability;superfluorescentfibersources(SFS);Erbium-dopedfiber(EDF);FOG0引言光源是Sagnac干涉仪的重要组成部分，光源的带宽、输出功率以及平均波长稳定性三个主要参数对陀螺性能有重要影响。采用宽带光源（≥∆λ10nm）可以减少瑞利散射、克尔效应及偏振交叉耦合引起的相干误差和噪声；较高的输出功率可以提高陀螺的检测灵敏度和测量精度；而平均波长的高稳定性将严重影响陀螺标度因数的稳定性。目前，国内在研制干涉型光纤陀螺（IFOG）时普遍采用超发光二极管(SLD)光源。虽然在内部有温度和功率控制，但其仍有一定的不稳定性，具体表现在出光纤光功率和波长的波动。其出纤功率波动约为1%,平均波长对温度的敏感性误差是400×10－6/℃。收稿日期：2006-02-11作者简介：于海群（1980—），男，哈尔滨工程大学自动化学院在读博士，从事惯性导航及光纤陀螺技术研究。电子邮箱：yuhaiqun2003.student@sina.com86中国惯性技术学报2006年4月1光源稳定性对陀螺性能的影响干涉型光纤陀螺检测器的输出为：[1]00[1cos()]sIKIΦ=+（1）目前，对干涉型光纤陀螺的研究普遍采用方波偏置方案]1[，方波的正、负半周期检测器的输出分别为：100s[1sin()]IKIΦ=−，200s[1sin()]IKIΦ=+式中，0K为比例系数，0I为初始光强，sΦ为sagnac相移。小角速率旋转时sssin()ΦΦ≈，正、负半周期信号相减并化简可得：002sIKI=−Φ（2）由sagnac效应得sagnac相移和角速度关系为]1[：s2πLDcΦλ=Ω（3）式中，标度因数sKs2π()LDKcλλ=（4）式中，L是光纤总长度，D为光纤环直径，λ为光在真空中波长，c光在真空中速度，Ω是陀螺转动角速度。由式(3)和式(2)得：000s2π2()()LDIKIKIKcλλ=−×Ω=Ω（5）式中，检测系数K为000()2KIKI=−（6）因此，由式(4)和(6)知，光源输出功率0I的不稳定将影响光纤陀螺的检测灵敏度和测量精度，而平均波长λ的波动也将导致光纤环的非互易相移产生漂移，即影响光纤陀螺标度因数sK的稳定性。目前，SLD光源光功率稳定性误差是1%，平均波长对温度的敏感性误差是400×10－6/℃，在光源内部温度控制装置能使光源工作温度变化在2℃之内的情况下，发射光的平均波长变化为800×10－6。这...