谐振式光纤陀螺仪及窄线宽光纤激光器研究

摘要

谐振式光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的高精度惯性传感器。它以光纤环形谐振腔作为核心敏感部件，把Sagnac效应反映到谐振频率的变化上，其检测精度高，动态范围大，所需要的光纤长度短，容易集成，特别适合用于通信及军事导航等领域。
　　窄线宽光纤激光器是作为一种特殊的光纤激光器，具有线宽窄、噪声低、抗电磁干扰、体积小等特点，在光纤传感、激光倍频、光谱测量等领域有广泛应用。
　　本论文通过理论分析和计算机模拟仿真相结合的方法，对谐振式光纤陀螺及窄线宽光纤激光器的工作原理、器件结构及特性进行了研究，提出了谐振式光纤陀螺的数字闭环方案和一种新型的窄线宽光纤激光器结构。主要工作包括以下几个方面：
　　1.对谐振式光纤陀螺的谐振特性及谐振参数进行Matlab仿真，研究了谐振式光纤陀螺的测量原理；得出了谐振式光纤陀螺系统中测量精度与光纤长度、耦合损耗和耦合系数间存在一个最佳匹配条件的结论。
　　2.提出了一种谐振式光纤陀螺的数字闭环方案。该结构具有全光纤化、易于实现和性能价格比高等特点。
　　3.推导了激光器的斜率效率、泵浦阈值和激光输出功率的表达式，并进行了模拟仿真，得出在特定波长范围内窄线宽掺铒光纤激光器存在一个最短光纤长度的结论。
　　4.提出一种窄线宽光纤激光器结构。该结构采用980nm半导体激光器双向泵浦，利用光纤光栅法布里-珀罗腔选频和反馈调节相结合的方法，获得窄线宽激光输出。该激光器具有泵浦效率高、低噪声及稳定性好等特点。

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Contents

1 绪 论

1.1 前言

1.2 光纤陀螺的分类

1.3 光纤激光器的几种结构

1.4 研究谐振式光线陀螺仪与窄线宽光纤激光器的目的及意义

1.5 本文的结构安排

2 光纤陀螺的基本原理

2.1 Sagnac（赛格奈克）效应

2.2 谐振式光纤陀螺的基本原理

2.3 谐振式光纤陀螺仪检测方法的实现

2.4 本章小结

3 光纤陀螺的谐振特性仿真分析及系统设计

3.1 R-FOG谐振特性仿真分析

3.2 谐振式光纤陀螺仪系统方案设计研究

3.3 本章小结

4 窄线宽光纤激光器的基本原理

4.1 窄线宽激光器的线宽测量方法

4.2 掺铒窄线宽光纤激光器的性能分析

4.3 窄线宽激光器的选频方法

4.4 窄线宽光纤激光器的典型方案

4.5 本章小结

5 窄线宽光线激光器特性仿真分析及结构设计

5.1 掺铒窄线宽光纤激光器特性仿真分析

5.2 掺铒窄线宽光纤激光器结构设计

5.3 窄线宽光线激光器制作工艺关键技术

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

攻读硕士期间所发表的论文

参考文献