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谐振式光学陀螺噪声抑制技术研究现状

光子学报 2024年

作者：王飞白禹卜韩南朝铭张仕泽李溢凡周彦汝邢恩博刘来刘文耀唐军刘俊中北大学仪器与电子学院动态测试技术国家重点实验室中北大学山西省量子传感与精密测量重点实验室

谐振式光学陀螺仪利用光学谐振腔在时空上对光波极强的局域增强效应，有望成为兼具高精度和小体积的光学陀螺。然而，谐振式陀螺转动产生的Sagnac效应相对微弱，容易受到陀螺系统内非互易性以及互易性噪声的干扰，成为其精度提升的瓶颈... 详细信息

谐振式光学陀螺仪利用光学谐振腔在时空上对光波极强的局域增强效应，有望成为兼具高精度和小体积的光学陀螺。然而，谐振式陀螺转动产生的Sagnac效应相对微弱，容易受到陀螺系统内非互易性以及互易性噪声的干扰，成为其精度提升的瓶颈。在陀螺的小型化过程中这一问题更加凸显。因此，对谐振式光学陀螺仪进行噪声抑制显得尤为重要。本文详细综述了谐振式光学陀螺中非互易性和互易性两大类噪声的原理及其抑制方法，总结了该领域近来年的研究现状及未来挑战与发展趋势，为我国谐振式光学陀螺发展提供参考。

关键词：谐振式陀螺光学陀螺光学噪声抑制背向散射效应克尔效应

谐振式光学陀螺噪声抑制技术研究现状（特邀）

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光子学报 2024年第5期 44-61页

作者：王飞白禹卜韩南朝铭张仕泽李溢凡周彦汝邢恩博刘来刘文耀唐军刘俊中北大学山西省量子传感与精密测量重点实验室中北大学仪器与电子学院动态测试技术国家重点实验室

关键词：谐振式陀螺光学陀螺光学噪声抑制背向散射效应克尔效应

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光学陀螺背向散射问题综述(特邀)

红外与激光工程 2023年第6期52卷 74-93页

作者：谭中奇纪鈜腾毛元昊吴耿蒋小为管世钰陈丁博全豫川国防科技大学前沿交叉学科学院湖南长沙410073 国防科技大学南湖之光实验室湖南长沙410073 华惯科技有限公司湖南长沙410073

光学陀螺作为光电惯性导航系统的核心器件,在众多领域发挥着举足轻重的作用。随着科学技术的不断进步,传统的激光陀螺、轻质化的光纤陀螺以及集成化的微光陀螺齐头并进、蓬勃发展,但无论是哪一种陀螺样式,在性能优化的过程之中都不可避... 详细信息

光学陀螺作为光电惯性导航系统的核心器件,在众多领域发挥着举足轻重的作用。随着科学技术的不断进步,传统的激光陀螺、轻质化的光纤陀螺以及集成化的微光陀螺齐头并进、蓬勃发展,但无论是哪一种陀螺样式,在性能优化的过程之中都不可避免地需要考虑背向散射的问题。背向散射是光学陀螺中的一种噪声源,其会带来陀螺的输出偏置或闭锁效应,从而影响其性能。为了更好地理解光学陀螺中的背向散射机制,首先从半经典理论下的自洽方程组出发讨论背向散射的基本原理,而后依照光学陀螺的发展脉络,分析各种光学陀螺的背向散射分析方法、测量手段以及抑制方法,最后对目前光学陀螺中有关背向散射亟待解决的问题进行总结并展望。

关键词：光学陀螺背向散射激光陀螺闭锁效应光纤陀螺微光陀螺

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谐振式集成光学陀螺的研究与进展

中国激光 2022年第19期49卷 154-167页

作者：肖志松张浩周阳蔡微李文秀常晓阳蒋硕黄安平北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院北京100191 北京航空航天大学物理学院北京102206 北京量子信息科学研究院北京100193

陀螺仪作为惯性导航的关键部件,决定了飞行器、运载机械和无人系统等导航定位的精度和姿态控制的稳定性。在兼顾精度的同时,小体积可集成陀螺仪的需求越来越迫切,微纳集成谐振式光学陀螺有望同时满足可集成与高精度等应用需求。本文结... 详细信息

陀螺仪作为惯性导航的关键部件,决定了飞行器、运载机械和无人系统等导航定位的精度和姿态控制的稳定性。在兼顾精度的同时,小体积可集成陀螺仪的需求越来越迫切,微纳集成谐振式光学陀螺有望同时满足可集成与高精度等应用需求。本文结合国内外近年来微纳集成光学陀螺研究的新进展,综述了谐振式集成光学陀螺的研究现状、瓶颈问题和未来发展趋势;基于新材料、新结构和新物理效应等可能的解决途径,重点阐述了光增益补偿、色散调控、非厄米奇异点等对谐振式集成光学陀螺敏感性能的影响;最后,对谐振式集成光学陀螺的未来发展趋势进行了展望。

关键词：物理光学光学陀螺光学微腔色散关系光增益与损耗非厄米奇异点

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光学陀螺

压电与声光 1990年第5期12卷 16-26页

作者：高希才四川压电与声光技术研究所

本文论述了各种光学陀螺的工作原理、性能特征以及它们的发展趋势.

关键词：光学陀螺陀螺仪

谐振式光学陀螺光源驱动及信号处理电路的设计与实现

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谐振式光学陀螺光源驱动及信号处理电路的设计与实现

作者：丁少轩中北大学

学位级别：硕士

谐振式光学陀螺因为兼具MEMS小型化与光学高精度的特性,在无人机等小型化无人平台自主导航领域极具潜力,受到国内外各大研究院所的广泛关注与研究。然而,谐振式光学陀螺中Sagnac效应产生的信号十分微弱,10cm直径谐振腔在1°/h转速下的... 详细信息

谐振式光学陀螺因为兼具MEMS小型化与光学高精度的特性,在无人机等小型化无人平台自主导航领域极具潜力,受到国内外各大研究院所的广泛关注与研究。然而,谐振式光学陀螺中Sagnac效应产生的信号十分微弱,10cm直径谐振腔在1°/h转速下的等效半径变化仅为10cm。因此,光信号的稳定输入以及微弱信号的精确解算与读出对谐振式光学陀螺精度至关重要。因此本文针对谐振式光学陀螺的光源驱动和信号处理电路进行了设计与制备,主要研究内容如下:(1)以高稳定窄线宽光源驱动电路设计为目标,利用单片机作为核心主控,设计了一种“恒流+温控”的驱动控制电路。利用基准电压源和调谐电压共同作用于恒流驱动模块,实现光源的可调谐功能,并通过ADN8834温度控制模块控制蝶形封装二极管温度实现光源输出的光功率以及中心波长的稳定,完成了谐振式光学陀螺光源驱动的电路设计。在20～40℃的温度范围内对光源驱动电路进行测试,光源驱动电路电流稳定性约为0.001%,光功率输出约为12.27m W,光功率的稳定度达到0.16%,中心波长稳定度为0.23 ppm。(2)以高精度陀螺信号处理电路设计为目标,利用FPGA作为核心单元设计并实现低噪声陀螺信号处理电路。信号处理硬件电路包括2路高速16位A/D转换、FPGA逻辑处理单元、EEPROM存储芯片、串口通讯、3路D/A转换以及低纹波的电源等模块。信号处理硬件电路经过测试电源输出噪声低于1m V,V低于500μV。(3)根据光学陀螺信号调制解调与频率锁定的检测需求,分析信号处理电路硬件模块参数及时序控制并完成信号发生器、锁相放大器、PID反馈环路等软件模块设计,同时完成串口通讯工作实现PC对FPGA内部相关参数的实时修改,保证了陀螺系统测试时的稳定性。经过测试信号处理电路信号反馈模块能够实现频率0～5MHz,幅值0～6V的可控调制信号输出,系统内部可实现相位调制,解调以及频率锁定功能,环路锁定后峰峰值约为800μV。

关键词：光学陀螺光源驱动信号处理低噪声

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捷联惯导系统光学陀螺带宽不一致研究

宇航学报 2015年第9期36卷 1024-1029页

作者：郑永洁王勇曹梦丹北京控制工程研究所北京100190

研究捷联惯导系统(SINS)三轴光学陀螺带宽不一致问题及解决方法。从光学陀螺传递函数入手,分析陀螺带宽不一致引起陀螺输出不同步,进而影响姿态更新精度的机理;推导出存在陀螺带宽不一致时姿态确定精度的理论估算方法,给出频带一致性指... 详细信息

研究捷联惯导系统(SINS)三轴光学陀螺带宽不一致问题及解决方法。从光学陀螺传递函数入手,分析陀螺带宽不一致引起陀螺输出不同步,进而影响姿态更新精度的机理;推导出存在陀螺带宽不一致时姿态确定精度的理论估算方法,给出频带一致性指标要求的确定思路;提出通过插值和外推进行补偿的方法,提高了姿态确定精度。利用光纤陀螺和激光陀螺组合实测数据进行姿态解算,通过补偿减小了系统的姿态确定误差,提高了导航精度,验证了理论分析的正确性。

关键词：捷联惯导系统光学陀螺带宽不一致

受激布里渊散射及其在集成化光学陀螺中的应用

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中国激光 2022年第19期49卷 184-198页

作者：柳辰琛高乘春杨合徐小斌宋凝芳北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

受激布里渊散射效应是一种典型的三阶光学非线性效应,通过强光激发可以在不同介质中产生。受激布里渊散射激光具有低阈值、超窄线宽、相邻阶散射光相向传播等优异特性,促进其在高分辨率光谱仪、光学传感以及量子计算等领域的广泛应用。... 详细信息

受激布里渊散射效应是一种典型的三阶光学非线性效应,通过强光激发可以在不同介质中产生。受激布里渊散射激光具有低阈值、超窄线宽、相邻阶散射光相向传播等优异特性,促进其在高分辨率光谱仪、光学传感以及量子计算等领域的广泛应用。布里渊激光输出的光谱线宽超窄且相邻阶光束相向传播,为集成化光学陀螺的构建提供了便利。首先总结了受激布里渊散射效应的产生机理,分析了不同介质中受激布里渊散射光的特性,进而综述了基于微腔结构的布里渊光学陀螺的研究进展,最后对基于布里渊散射效应的集成化光学陀螺的研究前景进行了展望。

关键词：散射受激布里渊散射布里渊激光器光学陀螺微腔奇异点

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几种光学陀螺的研究进展

压电与声光 2003年第1期25卷 15-19页

作者：毛献辉田芊滕云鹤章燕申清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

除了He-Ne气体激光陀螺外,国内外提出了研制新型光学陀螺的多种方案。该文介绍了其中干涉式光纤陀螺、循环再入式光纤陀螺、集成光学陀螺、半导体激光陀螺的研究现状,着重介绍了超短脉冲激光陀螺研究;同时指出了光学陀螺的发展趋势。

关键词：光学陀螺干涉式光纤陀螺循环再入式光纤陀螺集成光学陀螺半导体激光陀螺超短脉冲激光陀螺