基于非互易耦合腔的纯光学偏频激光陀螺研究

基本信息
批准号:61308059
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:汪之国
学科分类:
依托单位:中国人民解放军国防科技大学
批准年份:2013
结题年份:2016
起止时间:2014-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张斌,王飞,赵洪常,韩翔,刘小虎,李莹颖,陈鑫麟,宋建文
关键词:
光学偏频耦合腔激光陀螺非互易效应
结项摘要

Ring laser gyros (RLGs) have been widely used in areas such as aviation and aerospace due to their advantages such as high dynamic range and accurate scale factor. They can measure angular rates accurately with frequency difference between counter traveling wave modes, but due to energy coupling, the two modes lock their frequencies together yielding none rotation information at low rotation rates. This well-known phenomenon is called lock-in. RLGs are often mechanically dithered to reduce the effects of lock-in. Although the dithered gyros reach size and precision requirement for guidance and navigation applications, the moving parts they used result in many disadvantages such as mechnical disturbance, coning error and sculling error. Four-mode differential laser gyros have attracted great interests from many institutes, companies and universities, since they ideally solve the lock-in problem with purely optical method. However, they are difficult to develop because of intracavity elements which lead to lasing modes unstability. As a result, the technical skill level they need is too high. This research will study a novel laser gyro based on nonreciprocal coupled cavity, which uses electromagnetic dithered biasing but not intracavity elements. Therefore, it has the advantages of both mechanically dithered gyro and four-mode differential laser gyro.First of all, the tranfer function of coupled cavity will be established and then the nonreciprocal biasing and Sagnac beat frequency will be derived using self-reproduction condition. Consequently, influence of parameters of the coupled cavity can be investigated. In addition, the biasing frequency will be modulated from DC to AC so it can be eliminated by low pass filter. In this way, the angular rates is obtained. Finally, the null shift mechanisms will be analysed and measures will be taken to reduce the null shift. Through these studies, the dithered biasing will be realized for laser gyro with coupled cavity and the null shift mechanisms will be made clear, which will provide support for further engineered prototype both theoretically and technically.

激光陀螺具有动态范围大、比例因子准确等优点,在航空航天等领域具有广泛的应用。目前应用最广泛的激光陀螺是机械抖动激光陀螺,但机械抖动装置会导致机械干扰、噪声等问题。四频差动激光陀螺不存在这些问题,但由于使用了腔内元件而对工艺要求很高,增大了研制难度。本项目拟对一种新颖的基于非互易耦合腔偏频的激光陀螺进行系统研究,它采用电磁抖动偏频,又不使用腔内元件,因而兼具机械抖动和四频差动激光陀螺的优点。首先建立耦合腔的传递函数模型,利用激光振荡的自再现条件推导出非互易偏频和Sagnac拍频随耦合腔参量的函数关系,并进行实验验证。接着利用抖动调制技术,将偏频从直流调制成高频交流,再用低通滤波器滤除以得到角速度信息。最后,分析零偏的物理机理,并提出减小零偏的措施。通过上述研究,可以实现耦合腔激光陀螺的抖动偏频,弄清影响其零偏稳定性的物理机制,为进一步工程化样机的研制提供理论和技术支持。

项目摘要

激光陀螺具有动态范围大、比例因子准确等优点,在航空航天等领域具有广泛的应用。目前应用最广泛的激光陀螺是机械抖动激光陀螺,但机械抖动装置会导致机械干扰、带宽窄等问题。四频差动激光陀螺不存在这些问题,但由于使用了腔内元件而对工艺要求很高,增大了研制难度,且对温度和磁场非常敏感。本项目提出了一种基于非互易耦合腔偏频的激光陀螺方案,它采用电磁抖动偏频,又不使用腔内元件,因而兼具机械抖动和四频差动激光陀螺的优点。首先建立了耦合腔的传递函数模型,推导了光场经过耦合腔再出射后幅度和相位的变化,模型参量包括耦合腔中反射镜曲率和反射率、非互易元件的相移和损耗、耦合腔光程等,并将耦合腔等效为一个复合反射镜代入到环形谐振腔,利用激光振荡的自再现条件推导出非互易偏频和Sagnac拍频随耦合腔参量的函数关系,发现在某些参数条件下,耦合腔激光陀螺的比例因子可增强若干数量级,但线性度和测量范围降低。提出了基于法拉第调制器的电磁抖动偏频、基于电光/弹光的抖动偏频方案,并分析比较了它们的优缺点,认为法拉第调制方法能够严格消除偏频导致的零偏,并试制了一套法拉第调制器。为了提高激光陀螺性能,对环形谐振腔的本征光场模式、衍射损耗以及增益管放电特性、合光棱镜串扰等特性进行了研究,为进一步工程化样机的研制提供了理论和技术支持。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021
3

低轨卫星通信信道分配策略

低轨卫星通信信道分配策略

DOI:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.06.009
发表时间:2019
4

中国参与全球价值链的环境效应分析

中国参与全球价值链的环境效应分析

DOI:10.12062/cpre.20181019
发表时间:2019
5

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

DOI:
发表时间:2018

汪之国的其他基金

批准号:61671458
批准年份:2016
资助金额:55.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

双纵模自偏频激光陀螺稳频技术研究

批准号:61605153
批准年份:2016
负责人:马家君
学科分类:F0506
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
2

双纵模四频激光陀螺自偏频机理与技术研究

批准号:61605156
批准年份:2016
负责人:刘健宁
学科分类:F0506
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
3

法拉第磁光偏频技术在零锁区激光陀螺中的应用

批准号:10477016
批准年份:2004
负责人:赵建林
学科分类:A07
资助金额:22.00
项目类别:联合基金项目
4

基于芯片级环形微腔光学频率梳耦合传输特性的陀螺效应机理研究

批准号:50975266
批准年份:2009
负责人:石云波
学科分类:E0512
资助金额:38.00
项目类别:面上项目