基於非互易耦合腔的純光學偏頻雷射陀螺研究

《基於非互易耦合腔的純光學偏頻雷射陀螺研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由汪之國擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於非互易耦合腔的純光學偏頻雷射陀螺研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：汪之國
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

雷射陀螺具有動態範圍大、比例因子準確等優點，在航空航天等領域具有廣泛的套用。目前套用最廣泛的雷射陀螺是機械抖動雷射陀螺，但機械抖動裝置會導致機械干擾、噪聲等問題。四頻差動雷射陀螺不存在這些問題，但由於使用了腔內元件而對工藝要求很高，增大了研製難度。本項目擬對一種新穎的基於非互易耦合腔偏頻的雷射陀螺進行系統研究，它採用電磁抖動偏頻，又不使用腔內元件，因而兼具機械抖動和四頻差動雷射陀螺的優點。首先建立耦合腔的傳遞函式模型，利用雷射振盪的自再現條件推導出非互易偏頻和Sagnac拍頻隨耦合腔參量的函式關係，並進行實驗驗證。接著利用抖動調製技術，將偏頻從直流調製成高頻交流，再用低通濾波器濾除以得到角速度信息。最後，分析零偏的物理機理，並提出減小零偏的措施。通過上述研究，可以實現耦合腔雷射陀螺的抖動偏頻，弄清影響其零偏穩定性的物理機制，為進一步工程化樣機的研製提供理論和技術支持。

結題摘要

雷射陀螺具有動態範圍大、比例因子準確等優點，在航空航天等領域具有廣泛的套用。目前套用最廣泛的雷射陀螺是機械抖動雷射陀螺，但機械抖動裝置會導致機械干擾、頻寬窄等問題。四頻差動雷射陀螺不存在這些問題，但由於使用了腔內元件而對工藝要求很高，增大了研製難度，且對溫度和磁場非常敏感。本項目提出了一種基於非互易耦合腔偏頻的雷射陀螺方案，它採用電磁抖動偏頻，又不使用腔內元件，因而兼具機械抖動和四頻差動雷射陀螺的優點。首先建立了耦合腔的傳遞函式模型，推導了光場經過耦合腔再出射後幅度和相位的變化，模型參量包括耦合腔中反射鏡曲率和反射率、非互易元件的相移和損耗、耦合腔光程等，並將耦合腔等效為一個複合反射鏡代入到環形諧振腔，利用雷射振盪的自再現條件推導出非互易偏頻和Sagnac拍頻隨耦合腔參量的函式關係，發現在某些參數條件下，耦合腔雷射陀螺的比例因子可增強若干數量級，但線性度和測量範圍降低。提出了基於法拉第調製器的電磁抖動偏頻、基於電光/彈光的抖動偏頻方案，並分析比較了它們的優缺點，認為法拉第調製方法能夠嚴格消除偏頻導致的零偏，並試製了一套法拉第調製器。為了提高雷射陀螺性能，對環形諧振腔的本徵光場模式、衍射損耗以及增益管放電特性、合光稜鏡串擾等特性進行了研究，為進一步工程化樣機的研製提供了理論和技術支持。