高功率低偏振度光纤陀螺光源技术

针对高精度光纤陀螺对ASE光源高功率、宽谱宽和低偏振度的应用需求,设计了双程后向ASE光源并进行了仿真和实验验证,研究了铒纤长度为4m、10m和19m的光源光谱特性,分析了泵浦功率、温度的变化对输出功率、平均波长及光谱宽度等参数的影响。结果表明,当铒纤长度为19m时,光源在驱动电流为110mA时的输出功率为4.055mW,光谱宽度为16.63nm,偏振度为1.925%,平均波长随电流的变化量为9.9×10-6/mA。同时,温度实验表明,铒纤长度为19m的光源平均波长随温度的变化量为5.9×10-6/℃。     

基于非线性双通MZI的多波长掺铒光纤激光器

提出了一种基于非线性双通MZI光纤滤波器的波长间隔可切换多波长掺铒光纤激光器.非线性双通MZI光纤滤波器除了多通滤波作用还具有功率均衡作用,能有效抑制掺铒光纤的增益竞争,从而实现室温下多波长稳定激射.通过合理调整激光腔内的偏振态,分别实现了0.2 nm和0.4 nm密集波长间隔可切换的多波长激光输出,两种状态下的激光波长个数分别为44个和25个,测量可得激光光信噪比分别高于14 dB和30dB.     

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。     

用于高精度光纤干涉仪的非线性宽谱光源技术研究

应用于高精度角速度测量的光纤干涉仪精度提升与其选用的光源性能密切相关。分析了高精度光纤干涉仪受光源谱宽和谱型的影响机理,提出了一种非线性光纤四波混频技术方案。建立了单/双泵浦四波混频产生宽光谱源理论模型,并定量分析了非线性光纤的非线性系数、长度、色散抖动和泵浦光功率变化对光源谱宽和光谱平坦度的影响。研究结果表明：基于四波混频的宽谱光源技术可大幅改善光纤干涉仪的光源功率、谱宽和平坦度,可显著提升光纤干涉仪角速度测量的精度。     

基于波长控制的光纤陀螺标度因数温度性能提高方法

光纤陀螺的标度因数与光纤环的长度、直径及光源的平均波长有关。在温度条件下,光纤环的长度、直径及光源的平均波长均会发生变化,进而导致光纤陀螺在高低温下的标度因数不同,影响温度环境下的光纤陀螺标度因数的重复性。提出了一种基于光纤陀螺波长控制的标度因数温度性能提高方法,该方法在光源驱动电路的桥式回路中增加了铂电阻组件,从而可自动调节光纤陀螺光源的管芯温度,进而控制光源平均波长的变化,以抵消光纤环有效面积因温度变化而对标度因数产生的影响,提高温度环境下光纤陀螺的标度因数重复性。试验表明,该方法将未补偿情况下光纤陀螺全温范围内的标度因数重复性(1σ)由271×10-6~280×10-6减小到了32.5×10-6~43.5×10-6,标度因数重复性误差减小了84%~88%,并验证了该方法的有效性。     

光频测量用飞秒激光频率梳光谱扩展实验研究

在光频的绝对测量研究中,本研究小组研制了光谱范围为650~950 nm波段、重复频率为350 MHz的"单块"结构钛宝石飞秒激光频率梳。为了实现其对633 nm波长国家副基准频率的绝对测量,本实验分别采用棱镜对和啁啾镜对进行脉宽压缩,然后注入光子晶体光纤进行光谱扩展。实验发现两者均可扩展出短波长方向的光谱,但棱镜对扩谱结构由于具有较长的"光程臂长"容易受到扰动而造成光纤耦合的不稳定,最终表现为光谱中各波长成分的光强不稳定而无法用于光频测量。啁啾镜对结构紧凑、稳定性强,经过脉宽压缩及光子晶体光纤扩谱,最终获得了光谱覆盖600~950 nm波段、各波长成分强度稳定、各光频齿频率稳定度同步于氢原子钟的可用于光频测量的飞秒激光频率梳     

基于SLD光源变流驱动的光纤陀螺快速启动研究

光纤陀螺的快速启动技术是应急武备系统、随动控制系统等特殊应用场合的首要要求。提出了一种通过变流调节模式来驱动光纤陀螺SLD光源的方法,建立了变流调节模型并计算了模型参数。通过辅助制冷器控制光源发光芯片温度,可使SLD光源输出光功率迅速达到稳定值。试验结果表明,高低温极限温度条件下SLD光源的启动时间可缩短为恒流模式的一半,特别是在低温启动时避免了SLD光源输出光功率的瞬间过冲带来的光纤陀螺中光电探测器的致盲效应。同时,光纤陀螺在极限高低温下的启动时间缩短1s,实现了光纤陀螺的快速启动。研究结果对光纤陀螺在高低温极限环境条件下的启动提供了有益的参考。     

UDWDM光纤通信及其关键技术分析

分析了波分复用(WDM)光纤通信的工作原理和应用特点,重点分析了目前研究中的超密集波分复用(UDWDM)光纤通信中的光源波长稳定技术、复用/去复用技术、掺铒光纤放大器(EDFA)和光纤的性能改善技术等关键技术.     

半球谐振陀螺敏感单元总剂量效应试验研究

半球谐振陀螺是卫星捷联惯性参考单元的核心部件,在空间应用领域会受 到空间辐射环境的影响。介绍了半球谐振陀螺敏感单元的总剂量效应模拟试验的研究, 在电离总剂量60Co 源γ 射线辐照试验前、中、后, 分析陀螺敏感单元的性能参数变化。 通过总剂量1000krad(Si)的摸底试验,陀螺敏感单元的电性能参数稳定,证实陀螺敏感单 元和缓冲电路板在该辐射剂量下性能正常。     

基于SOA的光纤陀螺相对强度噪声抑制研究

为进一步提高光纤陀螺精度,抑制掺铒光纤光源的相对强度噪声(RIN),在利用半导体光放大器(SOA)对光源相对强度噪声进行抑制的基础上,实现了SOA光源一体化方案。经过原理分析并设计实验方案,对比实验前后的测试数据可以看出:处于增益饱和状态的半导体光放大器对光源相对强度噪声起到了抑制作用,抑制后陀螺的零偏稳定性由之前的千分之一提高到万分之五左右,精度提高1倍,随机游走系数减小到56%;另一方面,一体化方案的实现,使利用SOA抑制强度噪声的方案更易实现,操作更简单,有利于该项技术的进一步工程应用。     

激光器驱动干涉型光纤陀螺光源相位调制技术研究

激光器驱动干涉型光纤陀螺的优点是潜在精度高、标度因数稳定性好等,在飞机、舰船惯性导航以及其他高性能领域具有广泛的应用前景。当然,干涉型光纤陀螺采用高相干光源面临诸多技术挑战,如相干瑞利散射、Kerr效应、偏振交叉耦合、Faraday效应等引起的漂移和噪声。采用宽线宽激光器可以抑制这些误差。针对激光器驱动干涉型光纤陀螺中加宽激光器线宽、降低激光器相干性的几种相位调制技术以及线宽加宽抑制噪声的效果进行了理论分析和评估。     

谐振式光纤陀螺用激光器性能研究

谐振式光纤陀螺是实现小型化的潜在方案,而激光器为谐振式光纤陀螺系统中的关键器件之一.为全面掌握激光器的性能,根据谐振式光纤陀螺对激光器的要求,制定了基于Lab-VIEW激光器性能自动化测试的软硬件设计方案,得到激光器分段线性化的模型,控制电流在90～120mA之间变化时,光功率、中心波长近似呈变化率为0.18mW/mA、0.11pm/mA的线性变化;控制温度在28.1～32.9℃之间变化时,激光器光功率、中心波长近似呈变化率为0.25dBm/℃、13.31pm/℃的线性变化;此外,光功率变化率为0.17％,中心波长的变化率为0.26× 10-6,具备稳定性特性.     

双偏振干涉式光纤陀螺的多相位调制技术

在双偏振干涉式光纤陀螺的发展过程中,光纤环上的应力、扭转等会造成正交偏振态之间的交叉耦合,降低陀螺系统的稳定性。提出了一种基于双偏振干涉式光纤陀螺的六态方波调制技术并进行了理论推导。该技术与传统的方波和四态方波调制相比,降低了偏振交叉耦合误差,提高了信噪比,大大增加了信号解算精度。通过实验对比测试了干涉式光纤陀螺在不同调制技术下的偏置稳定性。实验结果表明六态方波调制技术的偏置稳定性达到了9.85×10^-4(°)/h,验证了六态方波提高信号解算精度的效果。     

RFOG中LD光源驱动电路设计

谐振式光纤陀螺具有良好的发展前景,光源在系统中有着很重要的作用.由于惯导系统工作在多变的外界环境下,环境因素引起的LD输出光功率不稳定会对陀螺的精度产生极大影响.为减小这种不稳定造成的检测误差,给出了一种恒流+温控的驱动电路来稳定光源输出功率,实验测定恒流电路的电流稳定性优于0.12％.激光器组件内包含的热敏电阻阻值随温度变化而改变,通过测量温控条件下热敏电阻两端电压,计算得到温度波动为±0.05℃.同时,实验还测量了在30C时,LD光源的输出功率标准差为0.0165mW.     

基于LSTM神经网络的机载光纤陀螺温度冲击误差补偿技术

环境温度冲击会降低机载光纤陀螺的性能,从而影响飞行器导航和姿态控制精度。在光纤陀螺误差机理研究基础上,本文提出一种基于长短期记忆（LSTM）神经网络的光纤陀螺温度误差补偿模型。该模型通过LSTM网络对光纤陀螺的零偏和标度因数进行实时预测和校正,提高光纤陀螺的测量精度。试验结果表明,在温度冲击下,LSTM预测模型补偿后的标度因数误差小于30ppm,零偏稳定性比常规的线性拟合补偿模型提高0.0034（°）/h。这意味着输出更准确地反映实际角速度值,陀螺仪的零偏漂移更小,输出更接近于零值。动态试验中转台输入为20（°）/s时,LSTM补偿后陀螺输出稳定在19.999～20.001（°）/s区间内,相较于陀螺原始输出误差降低0.008（°）/s。通过LSTM预测模型补偿,能够在环境变化、外部扰动或传感器故障时,通过陀螺仪提供更可靠的数据支持,维持飞行器的稳定性和安全性。     

基于TDLAS的电弧风洞流场Cu组分监测

电弧风洞是进行防热材料和防热结构考核与研究的必要设备，也是高超声速地面试验能力的重要组成部分，但电弧加热器的电极烧蚀会导致较为严重的流场污染，影响试验准确性。利用可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS），通过对20 MW级片式电弧加热器内部流场中Cu原子809.25 nm跃迁谱线进行实时测量，研究了电弧风洞流场中Cu污染情况和电极烧蚀情况。在获得Cu原子该谱线低能态数密度基础上，估算了运行功率分别在7.3、8.7、10.0和11.7 MW时流场中Cu组分（原子态和离子态）总数密度平均为10.6×10¹³、11.2×10¹³、11.7×10¹³和16.4×10¹³ cm^-3，同时得到平均电极烧蚀率约为1.65×10^-5 g/C。试验还发现，TDLAS信号在高温流场建立阶段起伏变化明显，并且在功率跃变时也会出现突然增强而后迅速回落的现象，表明电弧抖动会使电极烧蚀严重加剧。     

不同气氛下硼燃烧发射光谱分析及火焰形态研究

为了揭示无定形硼粉在各种气氛下的燃烧特性,利用激光点火系统研究了硼粉的燃烧过程,采用先进的光纤光谱仪和高速摄影仪分析了火焰形态以及燃烧过程中的发射光谱。结果表明,硼在纯氮气氛中能自持燃烧,火焰呈现不明显的淡黄色;而在纯氧气氛中的燃烧则非常剧烈,火焰为硼燃烧特有的绿色。硼在纯氧气氛下燃烧发射出明显的BO2光谱及少量的BO光谱,波长547.1nm的谱峰强度最大。在纯氮气氛下未观察到明显的BN发射光谱。与氧气气氛相比,在水蒸气/氧气混合气氛下,没出现明显的BO2发射光谱。在氧氮气氛下,随着氧浓度的降低,波长471,492.9,518.1,547.1,579.1nm的BO2峰始终较为明显,而452和620.2 nm波段的BO2峰则逐渐消失。     

火星大气高温光谱建模与非平衡辐射热流预测

火星科学实验室成功着陆后的热环境重构数据表明,气动辐射加热在火星进入防热设计中具有不同于以往认识的重要影响,未知机制和模型不确定性等问题有待进一步研究。探测器高速进入火星大气产生极高温非平衡气动环境,造成火星气动辐射与常规CO₂红外辐射研究显著不同。针对火星大气高温光谱和辐射热流预测,首先,建立适用于火星大气的高温非平衡光谱辐射模型,获得典型高温条件CO₂光谱结构和辐射强度,与NASA和JAXA试验结果对比,结果显示符合较好。其次,依靠激波管和发射光谱测量技术,开展典型进入条件的辐射强度测量试验,数值结果、试验值和NASA试验结果相互符合较好,验证了光谱模型。最后,对探路者号进行气动辐射加热分析,完成典型进入条件下的非平衡流动和辐射特性计算,基于光线法得到光谱辐射强度沿驻点线的变化,表明高速与低速条件的气动辐射机制存在显著差异;基于有限体积法获得进入器表面辐射热流分布,结果显示辐射热流的分布及变化规律与地球再入显著不同,进入速度6 km/s以下时辐射热流随进入速度增加而减小,同时进入器锥身及肩部的辐射热流高于驻点区域。     

真空100 keV质子辐照对石墨膜热性能的影响

研究了25 μm石墨膜在能量100 keV最大注量2.5×10¹⁵ p/cm²的真空质子辐照条件下的微观结构和热性能，采用拉曼光谱（Raman spectrum）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）进行微观结构分析，采用激光闪射法（LFA）进行热性能分析。石墨膜晶面间距为0.335 83 nm，石墨化度为95.0%。结果发现，质子辐照会导致石墨膜表层产生缺陷，片层间距增大，石墨化度降低，氧含量升高；随着质子辐照注量的增加，Raman光谱中D和G峰的积分面积比表明缺陷密度不断增加。25 μm石墨膜经过能量为100 keV注量为2.5×10¹⁵ p/cm²质子辐照后，石墨膜热扩散系数无明显变化。     

自适应的光纤布拉格光栅图像寻峰算法

根据实际光谱特征, 提出了自适应的光纤布拉格光栅图像寻峰算法。针对 不同环境物理场及噪声分布下的光栅谱型,该算法能自动检测光谱的带宽和信噪比,自 适应地调整算法的高斯模板带宽大小,提高谱型匹配及滤波效果,从而提高寻峰精度。 将该算法与高斯拟合法、质心法进行对比,分析了其在不同噪声大小及非均匀温度场分 布下光纤布拉格光栅反射光谱的寻峰精度。理论仿真及实际寻峰结果表明,该寻峰算法 具有较强的抗噪能力及谱型适应性,较质心法、高斯拟合法具有显著优势。