四频差动激光陀螺法拉第偏频器件的基本特性研究

摘要

激光陀螺是一种基于塞纳克效应(Sagnaceffect)的惯性仪表，可用来感知外界惯性系统的角速度。其原理是在环形谐振腔内运行着顺逆两束激光，这两束光的频差与外界的角速度成正比。但是，由于闭锁效应而限制了其发展，通常采用两种方式来消除或减小这种效应的影响：一是采用适当的偏频方式，使激光陀螺工作在线性区；二是通过镀制超高反射率的反射镜来抑制背向散射，减小锁区。在现有的各种偏频方式中，四频差动偏频是最有前途的一种，它是在腔内光路中插入一旋光晶体和一法拉第室来产生偏频。但这些插入元件的微弱损耗(吸收和散射)反过来又扩大了锁区，必须将这些损耗控制在可接受的范围内，因此对微弱损耗的高精度测量和分析就十分必要。本文主要研究利用光腔衰荡技术(CRDS)测量介质膜片的微弱损耗和反射镜的超高反射率的方法，开展的研究工作及获得的主要结果如下： 用环形谐振腔理论分析了激光陀螺的原理，得出了其理想的输入输出特性，接着分析了激光陀螺的闭锁效应及其产生原因。对四频差动激光陀螺进行了重点讨论，根据法拉第效应对环形腔内旋光晶体和法拉第室各自产生的频率分裂进行了分析。 从谐振腔的稳定条件和腔损耗因素出发，利用比尔定律(Beer’slaw)分析了CRDS法的原理，得出该方法的测量误差与腔长和衰荡时间的测量精度成正比，并对误差进行了模拟计算。对所用激光器、腔镜和探测系统的参数要求进行了讨论，为实验器件的选择提供了依据，初步建立了CRDS的实验装置。进一步分析得出利用CRDS时必须满足：光源的线宽应远小于介质的吸收线宽和谐振腔的腔长必须大于激光的相干长度。 通过对几种反射率测量方法的比较，针对激光陀螺对高反镜测量精度的要求，本文采用CRDS法来测量反射率。重点分析了CRDS测量超高反射率的原理，对反射率与衰荡时间的关系曲线进行了模拟。针对实际测量对象，设计了直型腔、复合腔和四腔镜轮换等结构，并对直型腔和折叠腔的衰荡曲线进行了模拟对比。 分析了四频差动激光陀螺中法拉第室造成的误差，讨论了用CRDS法测量介质膜片微弱损耗的原理。为测量介质膜片的偏振吸收，设计了在腔轴垂直和平行方向上加磁场的测量装置。对腔内放入不同厚度和不同吸收系数的介质时的衰荡曲线进行了模拟。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

第2章 激光陀螺的原理及偏频方式

第3章 光腔衰荡光谱法

第4章 CRDS测量高反镜的反射率

第5章 CRDS测量介质膜片的微弱损耗

第6章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间完成的学术论文

致谢

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