光纤消偏器原理

本文运用米勒矩阵的方法从数学上对单根光纤实现的消偏器和Ｌｙｏｔ型消偏器的构成进行分析，得出了消偏器的结构特性和其理论上的输出光偏振度的数学表达式。     

光纤陀螺中的非互易偏振误差研究

本文利用琼斯矩阵建立光纤陀螺的矩阵光学模型，假定光纤线圈和电光调制器尾纤等均为保偏光纤，推导出光纤陀螺与偏振有关的输出表达式。针对激光二极管和超发光二极管两种光源，就光纤线圈的偏振交叉耦合、偏振器的有限消光比，以及器件尾纤连接时偏振轴之间的对准角度误差等引起的非互易偏振误差进行了理论估算，指出了减少该类误差应采取的技术措施。     

光纤偏振器制作技术现状与发展趋势

介绍了光纤偏振器制作技术的发展历程,分析了偏振器的原理,对工程应用中的几种光纤型偏振器的制作技术进行原理分析和工艺说明.对光纤偏振器的制作工艺和工程应用中的偏振器类型选择具有一定的指导性意义.     

用新的模拟工具建立光纤陀螺的偏置误差模型

虽然光纤陀螺仪（FOG）已做了大量研究，但是这些传感器仍经常出现偏置误差，如偏置旋转速率随温度和其他环境因子变化而变化。使用低相干光源避免误差信号问产生不理想干涉。但是，在标准FOG设计方案中，光程无意地匹配引起偏置误差这种情况是有可能发生的。寄生干涉来源于反射和有意或无意偏振相交耦合。本文介绍用一种新模拟工具建立干涉光纤传感器模型，其中包括偏振效应和相干效应。它首次定量地建立FOG信号模型，同时考虑温度依赖性，光源，它们之间所有干扰和干涉及相应相干度。经陀螺仪设计方案分析可以找到仍未说明的偏置误差源位置。这种问题同样也会出现在带有集成光学电路（IOC）和Lyot型消偏器上的每个FOG上。IOC上的反射光路与消偏器上获得的相位差相匹配就会产生与温度有关的偏置误差。本文给出最佳设计指南，从而避免干扰干涉。     

保偏光纤的偏振特性测试和研究

当前，干涉型光纤传感器的发展，使得保偏光纤的需求显得相当迫切，随之而来拉制单模保偏光纤的技术愈来愈普遍且已相当成熟。在光纤陀螺研制过程中保偏光纤起着举足轻重的作用。它可使光纤陀螺中传输的偏振光状态保持稳定的模式，从而，可减少由偏振光不稳定性的干涉带来的陀螺漂移的影响。因此研究保偏光纤的偏振传输特性和其参数测量就显得相当重要。我们可以从光纤陀螺（ＦＯＧ）的输出特性表达看出光偏振因素的影响，Ｓａｇｎａ     

熊猫型单模保偏光纤偏振轴的方向测定

用光弹法对熊猫型单模保偏光纤的截面应力状态及外加应力对其偏振轴方向的影响做了理论分析与实验测量,绘出了测试曲线,演明了光弹法可以快速准确地测定该光纤的偏振轴方向。     

低成本光纤陀螺的研究

为了满足低精度光纤陀螺应用需求，利用廉价的单模光纤及退偏技术组成一开环光纤陀螺是一种比较适合的方案。本论文对开环退偏光纤陀螺中的退偏器特性及由此组成的开环光纤陀螺作了工程应用研究。研制的光纤陀螺具有低成本的优势，产品的一致性较高，精度达到2／h左右。     

谐振式光子晶体光纤陀螺谐振腔优化技术研究

针对谐振式光子晶体光纤陀螺重要的传感部件——谐振腔的关键技术进行优化研究。首先,对谐振腔重要参数进行仿真优化,使其满足谐振腔高清晰度的要求,根据Matlab仿真结果,确定参数优化的主要原则;然后针对光子晶体光纤与普通保偏光纤熔接损耗较大的问题以及偏振噪声问题,提出一种新型光子晶体光纤耦合器,能够有效避免偏振串扰的影响。采用全矢量FDBPM对耦合器的耦合传输特性进行数值仿真,耦合特性表明,传输偏振模的耦合长度较短,在谐振式光子晶体光纤陀螺的小型化方面具有一定的优势。     

谐振式光纤陀螺单边信号检测方法的研究

热致偏振耦合噪声、背向散射噪声和非线性克尔噪声等因素严重制约了谐振式光纤陀螺的发展，降低噪声的影响对提高谐振式光纤陀螺的精度具有重要的研究意义。本文设计了一种双环腔谐振式光纤陀螺结构，并通过理论分析热致偏振噪声对谐振曲线的影响，提出了一种新的信号检测方法。该检测方法可以判断出谐振曲线受偏振噪声影响小的一边，并利用单边检测方法降低偏振噪声对陀螺精度的影响，双环腔结构也可以有效抑制背向散射噪声。仿真分析表明，在温度变化0.002℃时，检测的归一化幅值误差由0.2261降低到0.0327，单边检测方法可以明显地降低偏振波动噪声带来的影响。     

保偏光纤耦合器制作研究

保偏光纤耦合器是应用保偏光纤制作的光耦合器，它是实现线偏振光耦合、分光以及复用的关键器件，是构成高精度光纤陀螺和光纤水听器的基础元件之一。本文主要介绍了保偏光纤以及保偏光纤耦合器的概况、制作方法和工艺技术。     

普通单模光纤波片及偏振控制器的研究

本文介绍了基于普通单模光纤弯曲双折射效应而构成的光纤波片装置原理及设计方法。通过实验研究得到了对氦氖激光(波长0.6328μm)光纤半波片及1/4波片的最佳结构参数。这种光纤波片制作简单,尺寸小,是干涉型光纤传感器中进行偏振态控制以实现全光纤系统的重要元件。     

光纤环内部应力试验研究

光纤环是光纤陀螺的核心敏感部件,其内部应力值的大小和分布对光纤陀螺的整体性能有很大影响.光纤环的内部应力主要包含拉伸应力、弯曲应力和固化应力等,光纤环的绕制工艺和固化工艺等都会对光纤环的应力产生影响.通过测量不同绕制工艺下光纤环的应力分布和偏振串扰分布,得出光纤环绕制张力越小、光纤环直径越大、固化胶的收缩率越小,光纤环的应力也越小,相应的偏振串扰值也越小,为光纤环绕制技术的提高提供依据.     

激光偏振特性对可调谐半导体激光吸收光谱测量技术的影响研究

为了解决TDLAS系统在工程应用中对发动机或激波管内流场测量时所遇到的偏振干扰问题,开展了传输激光偏振特性对TDLAS测量技术的影响研究。基于一个典型TDLAS工程应用系统的传播光路,推导了TDLAS工程测量系统中归一化出射光强随入射光波偏振角的变化关系式,利用这个关系式从理论上研究了由于入射光波偏振态扰动而引入的偏振噪声,利用实际工程测量中使用的发动机尾喷管搭建了实验验证系统,并通过实验对理论分析进行了验证,结果证明通过正入射方式或采用保偏光纤可以将幅度抖动范围在20%以上的偏正扰动有效地消除,根据理论分析和实验结果提出了抑制这种偏振噪声的具体实施方案。     

采用以谐振隧道贯穿效应的光纤偏振器

我们首次演示了一种采用谐振隧道贯穿效应、多层漏泄、全光纤的光纤偏振器，实验证实器件的偏振水光比（ＰＥＲ）≈２７ｄＢ，插入损耗（ＩＬ）≈３ｄＢ，并有进一步改善器件性能的潜力；为分析该器件，提出了一种简单的平面波导模型，理论预计与实验结果完全一致，进一步研究表明：通过适当选取器件参数，对于波长λ＝０．６３８８μｍ，消光比为６８ｄＢ，插入损耗为０．２ｄＢ；当λ＝１．３μｍ时，实现ＰＥＲ约８０ｄＢ，插入损     

可替代机械陀螺的光纤速率陀螺

光纤陀螺在两个方面正在取代机械陀螺：一是新设计的应用，二是已有的应用陀螺场合。光学陀螺所具有的高可靠性、对重力g的不敏感性和对振动、冲击的容限，使其特别适合于车辆、军事上的应用。基于Sagnac干涉效应，如环形激光陀螺、光纤陀螺的概论已有十十年之久了。它有闭环和开环两种结构，但由于闭环结构成本较高，目前只利用开环光纤陀螺取代机械速率陀螺。我们开发了一系列低成本光纤陀螺，它们基于全光结构，采用椭芯的保偏光纤、方向耦合器和偏振器。开环光纤陀螺是以最小结构的形式构成的。激光光束在光纤敏感相向传输，它们是完全互逆的。早期的形式采用方向耦合器隔离激光光源和光探测器，一个偏振器用来确保一个模式分布，而第二个耦合器作为与光纤环的接入口，在光纤环的一端加上一个压电陶瓷相位调制器以进行调制，以便同步检测干涉仪的输出。光源探测器处的耦合器不属于最小结构中的一部分，它可以通过用光源的反向的探测器取消。目前许多激光光源被用于这样一个探测光输出的探测器，由于陀螺转动信号是调制信号，很容易与恒定的激光输出信号分开。我们这种结构的FOG为简化最小结构（RMC），比较两种开环结构可以看出：两者之间没有明显的区别，但从性质上分，在RMC结构中，激光器工作在接近阈值的点，因而在光谱上比较窄。在光陀螺中希望有一个宽带的光谱，可以避免由于绕环导致的偏振起伏，从而引起偏置的不稳定性。这也就限定了RMC结构在一些高精度的陀螺应用。光纤陀的特性可以通过选择光纤的长度、环的直径和激光功率在一个比较大的范围内调整，以适应不同的应用要求，而不需要改变其结构。光纤陀螺从本性上为宽带的，其输出谱特性可以由简单的模拟滤波器、扩展伺服回路的动态特性加以控制。与简单的机械陀螺相比，这一宽带特性可以扩展为非常低的频率，从而改善定位精度。我们已生产了1000多套这两种结构的光纤陀，本文将提供Allan变化，随温度变化的偏置、刻度因数的线性数据，典型的特性参数如下：也许光纤陀螺应用最大的限制为刻度系数，因为Sagnac干涉仪的灵敏度领先光纤长度乘以直径，并且几何尺寸和在敏感轴垂直平面上投影使光纤陀螺改型应用的困难得以克服。在带宽限制范围内，光纤陀螺可以在众多的系统中应用。     

基于PD-MSM-Lyot 滤波器的多波长掺铒光纤激光器

提出了一种基于偏振依赖多模- 单模- 多模光纤Lyot (PD-MSM-Lyot) 滤波器的 多波长掺铒光纤激光器。PD-MSM-Lyot 光纤滤波器由一个PD-MSM 滤波器和一段保偏光 纤构成,其相邻滤波通带具有相同波长间隔。充分利用偏振依赖MSM 光纤滤波器的起 偏作用并结合腔内色散位移光纤中的非线性偏振旋转效应, 构成了强度相关损耗机 制, 从而抑制掺铒光纤中的增益竞争作用, 获得了室温下19 个波长间隔为0.2 nm 的密 集多波长激光输出。通过对比可得, 输出激光光谱随泵浦功率增大而变的更平坦, 且 波长数更多。     

智能复合材料结构中偏振式光纤传感器系统的研究

从光的传输方程及光纤的模式耦合特性出发对偏振式光纤传感器在受到拉伸和弯曲变形时的特性进行了探讨,进行了初步的试验,并将它应用于智能复合材料结构进行了试验,取得了较好的结果。     

光纤陀螺温度建模与补偿方法分析

通过光纤陀螺温度试验,分析了光纤陀螺的温度特性;理论上阐述了各项温度因素对光纤陀螺零偏的影响,并采用逐步回归分析的方法建立光纤陀螺零偏的温度数学模型。通过试验验证,采用该模型对光纤陀螺进行温度漂移的补偿,可以有效提高光纤陀螺的测量精度。     

气压变化对光纤陀螺仪零偏稳定性 的影响及抑制方法研究

光纤陀螺仪可用于测量载体相对惯性空间的角运动, 是光纤惯导系统的核 心部件。因此,要求光纤陀螺仪具有较高的精度和良好的环境适应性。光纤环是光纤陀 螺仪的角速度敏感部件,光纤环受到环境因素影响,将导致光纤陀螺仪精度下降,因此 需要对光纤环采取适当的保护措施。分析了气压变化导致光纤陀螺仪零偏稳定性变差的 机理： 环境气压的急剧变化, 会使光纤环上产生附加应力, 造成光纤的折射率分布不 均,导致光路产生非互易性相位差,使光纤陀螺仪零偏产生漂移,零偏稳定性变差;并 提出了对光纤陀螺仪进行密封的措施来抑制该效应。经试验验证,采用此密封设计后, 光纤陀螺仪在变气压环境中的零偏稳定性改善了近10 倍。     

光纤陀螺本征频率对准误差引起的零偏漂移抑制方法

在温度环境下,光纤环的伸缩及光折射率的变化等会引起光纤陀螺本征频率发生变化,产生光纤陀螺本征频率与陀螺调制频率对准误差,进而导致探测器信号中的“尖峰脉冲”信号发生变化,使光纤陀螺产生零偏漂移。通过分析光纤陀螺本征频率的变化,提出了一种调制频率自动跟踪本征频率的方法,从而减小了温度条件下光纤陀螺的零偏漂移。试验验证结果表明,采用该方法的光纤陀螺在-40℃～+60℃的温度范围内固定温度点下的零偏极差减小了50%。