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双纵模激光陀螺数字稳频技术研究

双纵模激光陀螺数字稳频技术研究

作者：王超西安理工大学

学位级别：硕士

激光陀螺是现代惯性导航与制导的关键元件之一,被广泛应用于各种航空、航天、陆用和海用军事装备,它的技术发展关乎着国防实力。追求极限精度,是激光陀螺技术发展的永恒主题。在伺服控制方面,影响激光陀螺精度的主要因素可以分解为环形... 详细信息

激光陀螺是现代惯性导航与制导的关键元件之一,被广泛应用于各种航空、航天、陆用和海用军事装备,它的技术发展关乎着国防实力。追求极限精度,是激光陀螺技术发展的永恒主题。在伺服控制方面,影响激光陀螺精度的主要因素可以分解为环形激光器稳频精度及稳定性、小抖动偏频精度及稳定性、稳光强伺服控制精度及瞬时性、跳模伺服控制精度及瞬时性。此外,还衍生出分温度段、分参数激光陀螺伺服控制等一系列新技术。这些新技术的运用,要求伺服控制电路在信号带宽、噪声去除、响应速度等方面继续追求极限。随着数字电路的迅速发展,它所具备的集成度高、低功耗、同时具备算数运算和逻辑运算功能等特点,非常适合作为激光陀螺仪表的新型控制电路。双纵模激光陀螺概念的提出源于近年来的实验发现:单纵模机抖偏频激光陀螺跳模过程中,部分陀螺在去掉机抖偏频的短时间内,能够实现激光双纵模四频振荡,可以无偏频地检测出地球自转角速度的天向分量,实现激光陀螺功能,此时闭锁消失,陀螺处于自偏频状态。为了实现这种新型激光陀螺产品,需要在数字电路技术的基础上,研究实现针对双纵模激光陀螺的稳频伺服控制。本文通过研究分析抖动偏频激光陀螺应对闭锁问题的工作原理,利用Simulink软件建立了数学—物理仿真模型。基于激光陀螺单模工作稳频使用的小抖动稳频方法提出了应用于双模工作的双纵模稳频方法。研究了合成鉴频信号的检测方法,通过锁定放大器从陀螺输出的光强调制信号中提取出稳频控制需要的合成鉴频信号。还设计了激光陀螺双纵模稳频控制系统,分析了稳频控制系统理论模型,对系统中关键模块进行了算法实现验证。设计实现了数据交互系统,实现了与上位机的交互。模块化的设计思想使得各子模块功能互不干扰,提高了数字化稳频控制系统的可维护性和可拓展性。最后搭建激光陀螺数字化控制伺服实验系统,并通过实验验证了该伺服控制系统整体的功能。这些工作为实现一种双纵模自偏频工作的激光陀螺做出了一些前期准备。

关键词：激光陀螺双纵模数字电路 FPGA 模块化

双纵模稳频氦氖激光器的光谱与频率复现性分析

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光谱学与光谱分析 2005年第7期25卷 1009-1012页

作者：张辉沈乃徵中国科学院物理研究所北京100080

对双纵模稳频氦氖激光器的光谱及其频率复现性进行了理论估计, 进行了633 nm碘稳定氦氖激光器的拍频实验, 实验采用内腔激光器, 并采用双纵模稳频的方法, 通过观测激光器的两个偏振态互相垂直的相邻纵模的输出, 并使二者稳定到功率相等... 详细信息

对双纵模稳频氦氖激光器的光谱及其频率复现性进行了理论估计, 进行了633 nm碘稳定氦氖激光器的拍频实验, 实验采用内腔激光器, 并采用双纵模稳频的方法, 通过观测激光器的两个偏振态互相垂直的相邻纵模的输出, 并使二者稳定到功率相等的参考点处, 获得激光稳定输出. 实验通过观察双纵模稳定激光的模式输出, 分析了影响激光频率复现性与频率稳定度的因素, 测量了稳定激光的功率和频率稳定度. 通过拍频测量, 对激光器的频率复现性进行了分析, 复现性用频差可以达到(1～2)×10-8量级. 通过实验表明, 双纵模稳频氦氖激光器的频率复现性完全符合用于长度精密测量的稳频激光器的要求, 激光器可以很稳定地工作, 稳定度用阿伦偏差表示可以达到10-10量级, 可以作为实用的稳频激光标准.

关键词：双纵模氦氖激光器

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双纵模He-Ne激光器的拍频稳定度分析

光学学报 2009年第5期29卷 1301-1304页

作者：梁晶龙兴武国防科技大学光电学院光电工程系湖南长沙410073

对He-Ne双纵模激光器中两纵模的拍频稳定度进行了讨论。理论上分析了影响双纵模激光拍频稳定度的因素,推导出在考虑了频率牵引效应后双纵模的拍频稳定度和单模频率稳定度之间的关系。计算结果表明对于632.8 nm波长的He-Ne激光器,当频率... 详细信息

对He-Ne双纵模激光器中两纵模的拍频稳定度进行了讨论。理论上分析了影响双纵模激光拍频稳定度的因素,推导出在考虑了频率牵引效应后双纵模的拍频稳定度和单模频率稳定度之间的关系。计算结果表明对于632.8 nm波长的He-Ne激光器,当频率牵引参量σ_i为10^(-3)时,双纵模的拍频稳定度约为其中任一单纵模频率稳定度的1000倍。实验证明当单纵模频率稳定度为1×10^(-9)时,其拍频稳定度为3.3×10^(-6)。

关键词：干涉测量双纵模拍频模牵引效应

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双纵模He-Ne激光器的多普勒测速系统

红外与激光工程 2013年第4期42卷 921-924页

作者：刘长青聂晓明傅杨颖周健湖南文理学院物理与电子科学学院湖南常德415000 国防科学技术大学光电科学与工程学院湖南长沙410073

为了进行高速及超高速测量,提出了一种基于双纵模He-Ne激光器的多普勒测速结构。阐述了双纵模激光多普勒测速的基本原理,设计了系统的光路结构,并运用数字滤波、数字自相关技术对多普勒信号进行处理。理论分析与实验结果表明:双纵模激... 详细信息

为了进行高速及超高速测量,提出了一种基于双纵模He-Ne激光器的多普勒测速结构。阐述了双纵模激光多普勒测速的基本原理,设计了系统的光路结构,并运用数字滤波、数字自相关技术对多普勒信号进行处理。理论分析与实验结果表明:双纵模激光多普勒测速系统利用相邻两个纵模的拍频作为基频大大减小了比例因子,解决了系统进行高速及超高速测量的难题;数字滤波去除直流基底和部分噪声;自相关技术进一步抑制噪声,提高了信噪比,便于精确提取多普勒频率。测量了高速转盘上待测点切向运动的速度,测量结果的重复性精度优于0.8%。

关键词：激光多普勒测速仪双纵模高速比例因子数字自相关

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频差可变的双纵模双频微片激光器的研究

光电子．激光 2012年第12期23卷 2292-2297页

作者：胡淼张慧安汝德黄前锋徐国蕊邓晶刘晨曦张飞杭州电子科技大学通信工程学院浙江杭州310018

提出了一种能产生双纵模的双频微片激光器。理论分析了微片激光器纵模生成的原理,并且通过实验实现了微片激光器的双频双纵模输出。实验结果表明,通过调节泵浦电流LD的大小,频差在一定范围内变化;当抽运电流为14.5A时,得到稳定的双频激... 详细信息

提出了一种能产生双纵模的双频微片激光器。理论分析了微片激光器纵模生成的原理,并且通过实验实现了微片激光器的双频双纵模输出。实验结果表明,通过调节泵浦电流LD的大小,频差在一定范围内变化;当抽运电流为14.5A时,得到稳定的双频激光输出,相应的频差为85GHz;继续增加抽运电流,频差将逐渐减小,当抽运电流为19.5A时,相应的频差为53GHz。本文的双频激光器在光生毫米波领域有很大用处。

关键词：微片激光器双频双纵模跳模现象

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全反射棱镜式激光陀螺双纵模稳频技术

中国激光 2014年第9期41卷 60-65页

作者：马家君蒋军彪刘健宁西安电子科技大学物理与光电工程学院陕西西安710071 西安北方捷瑞光电科技有限公司陕西西安710111

针对全反射棱镜式激光陀螺在单纵模稳频条件下纵模调制信号存在盲区的现象,研究了全反射棱镜式激光陀螺双纵模稳频技术。理论分析了功率调谐曲线的特征,获得了双纵模条件下小抖动调制信号的幅度及相位特性,提出了双纵模稳频控制方案,通... 详细信息

针对全反射棱镜式激光陀螺在单纵模稳频条件下纵模调制信号存在盲区的现象,研究了全反射棱镜式激光陀螺双纵模稳频技术。理论分析了功率调谐曲线的特征,获得了双纵模条件下小抖动调制信号的幅度及相位特性,提出了双纵模稳频控制方案,通过软硬件电路设计,搭建了全反射棱镜式激光陀螺双纵模稳频控制系统。在定温和变温环境下,分别对单纵模稳频与双纵模稳频进行了实验测试。实验结果表明,与单纵模稳频控制方法相比,双纵模稳频技术在稳频精度上提高了60%,陀螺精度也得到了相应的提高。

关键词：激光光学棱镜式激光陀螺双纵模稳频精度功率调谐曲线

内腔双纵模He-Ne激光器偏振方向的竞争效应

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光学学报 1984年第1期4卷 44-49页

作者：吕可诚巴恩旭张春平南开大学物理系

实验观察到与一些报导不同的内腔双纵模He-Ne激光复杂的偏振特性。用腔的各向异性和振荡模偏振方向的竞争效应对实验现象作了定性解释。

关键词：激光器光激射器电子器件双纵模 He-Ne 内腔偏振方向

基于正交偏振双纵模的氦氖激光器纳米测尺系统

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应用光学 2017年第2期38卷 316-320页

作者：邓勇陈康李继扬南通大学机械工程学院江苏南通226019 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

提出一种基于正交偏振双纵模的氦氖激光器纳米测尺系统,将双折射元件插入He-Ne激光器谐振腔内产生频率分裂效应,使激光器变成了频差可调的双频激光器。运用频率分裂、模竞争、双纵模功率调谐等激光物理效应和设定浮动阈值,研制了新型的... 详细信息

提出一种基于正交偏振双纵模的氦氖激光器纳米测尺系统,将双折射元件插入He-Ne激光器谐振腔内产生频率分裂效应,使激光器变成了频差可调的双频激光器。运用频率分裂、模竞争、双纵模功率调谐等激光物理效应和设定浮动阈值,研制了新型的激光器纳米测尺。以激光波长为尺子,具有可溯源性,在没有任何电细分的条件下达到了纳米量级的分辨率,与激光干涉仪的比对实验表明,该系统的分辨率为79nm,量程为15mm,线性度为5.4×10^(-5),标准差为380nm。

关键词：正交偏振频率分裂模竞争双纵模纳米量级

双纵模He-Ne激光无导轨大尺寸测量仪研究

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红外与激光工程 2006年第z3期35卷 60-64页

作者：张涛杨春生周肇飞四川大学激光应用研究所四川成都610065

一种基于拍波干涉原理的无导轨大尺寸测量系统已研制成功。它以双纵模热稳频 He-Ne 激光为光源,其两纵模生成于同一振腔内具有天然同轴的优势,在整个测量范围内不会发生光束分离。两纵模频差约790MHz,拍波波长约380 mm。其稳定度(即拍... 详细信息

一种基于拍波干涉原理的无导轨大尺寸测量系统已研制成功。它以双纵模热稳频 He-Ne 激光为光源,其两纵模生成于同一振腔内具有天然同轴的优势,在整个测量范围内不会发生光束分离。两纵模频差约790MHz,拍波波长约380 mm。其稳定度(即拍波波长稳定度)与激光频率稳定度相同,在无空调并有冷热气流吹拂时可保证不低于10^(-7)。两纵模频差以拍波节点为对准标志,采用自适应滤波和小波锐化器有效滤除噪声,从而提高了节点检测的测量精度。测量起点和终点到最近节点的距离由同一光源分出来的双频干涉仪精确测定,分辨力为0.08μm。经实验验证:系统的测量范围大于20 m,测量不确定度优于30μm/10 m。

关键词：大尺寸拍波双纵模节点不确定度