四頻差動激光陀螺法拉第偏頻器件的基本特性研究.pdf

1、激光陀螺是一種基于塞納克效應(yīng)(Sagnaceffect)的慣性儀表，可用來感知外界慣性系統(tǒng)的角速度。其原理是在環(huán)形諧振腔內(nèi)運(yùn)行著順逆兩束激光，這兩束光的頻差與外界的角速度成正比。但是，由于閉鎖效應(yīng)而限制了其發(fā)展，通常采用兩種方式來消除或減小這種效應(yīng)的影響：一是采用適當(dāng)?shù)钠l方式，使激光陀螺工作在線性區(qū)；二是通過鍍制超高反射率的反射鏡來抑制背向散射，減小鎖區(qū)。在現(xiàn)有的各種偏頻方式中，四頻差動偏頻是最有前途的一種，它是在腔內(nèi)光路中插入一旋光

2、晶體和一法拉第室來產(chǎn)生偏頻。但這些插入元件的微弱損耗(吸收和散射)反過來又?jǐn)U大了鎖區(qū)，必須將這些損耗控制在可接受的范圍內(nèi)，因此對微弱損耗的高精度測量和分析就十分必要。本文主要研究利用光腔衰蕩技術(shù)(CRDS)測量介質(zhì)膜片的微弱損耗和反射鏡的超高反射率的方法，開展的研究工作及獲得的主要結(jié)果如下： 用環(huán)形諧振腔理論分析了激光陀螺的原理，得出了其理想的輸入輸出特性，接著分析了激光陀螺的閉鎖效應(yīng)及其產(chǎn)生原因。對四頻差動激光陀螺進(jìn)行了重點(diǎn)

3、討論，根據(jù)法拉第效應(yīng)對環(huán)形腔內(nèi)旋光晶體和法拉第室各自產(chǎn)生的頻率分裂進(jìn)行了分析。 從諧振腔的穩(wěn)定條件和腔損耗因素出發(fā)，利用比爾定律(Beer’slaw)分析了CRDS法的原理，得出該方法的測量誤差與腔長和衰蕩時間的測量精度成正比，并對誤差進(jìn)行了模擬計算。對所用激光器、腔鏡和探測系統(tǒng)的參數(shù)要求進(jìn)行了討論，為實驗器件的選擇提供了依據(jù)，初步建立了CRDS的實驗裝置。進(jìn)一步分析得出利用CRDS時必須滿足：光源的線寬應(yīng)遠(yuǎn)小于介質(zhì)的吸收線寬

4、和諧振腔的腔長必須大于激光的相干長度。 通過對幾種反射率測量方法的比較，針對激光陀螺對高反鏡測量精度的要求，本文采用CRDS法來測量反射率。重點(diǎn)分析了CRDS測量超高反射率的原理，對反射率與衰蕩時間的關(guān)系曲線進(jìn)行了模擬。針對實際測量對象，設(shè)計了直型腔、復(fù)合腔和四腔鏡輪換等結(jié)構(gòu)，并對直型腔和折疊腔的衰蕩曲線進(jìn)行了模擬對比。 分析了四頻差動激光陀螺中法拉第室造成的誤差，討論了用CRDS法測量介質(zhì)膜片微弱損耗的原理。為測量