谐振式光纤陀螺系统建模及其应用研究

谐振式光纤陀螺作为高精度角速度传感器,以其集成化高、成本低以及抗干扰性强等独有优势,逐渐成为下一代光学陀螺研究发展的热点。通过对谐振式光纤陀螺工作原理的分析,建立了陀螺数字信号处理系统可视化模型,并对系统谐振曲线和同步解调曲线等开环输出以及锁频反馈下闭环输出进行了模拟仿真。利用仿真模型分析了正弦波调制下谐振谱分裂现象,并搭建实验装置对其进行了验证。结果表明,实验中正弦信号调制频率高于系统谐振输出半高全宽一半,即对应2 MHz时,谐振谱分裂会导致同步解调输出线性区域出现明显失真,严重恶化了标度因数线性度。因此,搭建的谐振式光纤陀螺仿真模型能够准确而有效地模拟系统的工作状态,在系统噪声抑制和精度提升方面具有指导性意义。

光纤数值孔径与衰减系数的测量实验

基于光纤数值孔径与衰减系数的概念和测量原理,搭建了相应的实验测量系统,实际测量了光纤的数值孔径和衰减系数,并对实验结果进行了分析。

超高Q值mm级晶体回音壁微腔加工

回音壁微腔具有超高Q值和极小的模式体积,在微波光子系统、非线性光学和量子光学等领域中具有广阔的应用前景。通过分析mm级氟化镁(MgF_(2))晶体回音壁微腔的损耗因素,确认了影响回音壁微腔品质因数的主要指标为材料等级和表面粗糙度。设计了mm级MgF_(2)晶体回音壁微腔的结构形式,使用DUV级MgF_(2)晶体,如果回音壁微腔表面粗糙度小于0.7 nm,则MgF_(2)晶体回音壁微腔的极限损耗理论计算值为4.781×10^(-11),对应的极限Q值为2.09×10^(10)。通过对MgF_(2)晶体回音壁微腔进行粗成型、精密车削、精密抛光,实现了高品质因数的微腔制造。测试结果表明,回音壁微腔的表面粗糙度Ra值为0.669 nm、微观形貌PV值为6.767 nm、品质因数为2.054×10^(9)@1550 nm。

半球谐振陀螺研究现状与发展趋势

半球谐振陀螺是基于哥氏效应测量角速度的新型固态陀螺,具有结构简单、精度高、功耗低、寿命长、可靠性好、抗空间辐射等优点,是捷联惯性导航系统的理想陀螺仪,在宇航领域具有独特的应用优势。半球谐振陀螺的理论精度不受量子尺寸效应限制,是高精度、微型化陀螺的重要发展方向之一。首先介绍了半球谐振陀螺的基本工作原理,其次介绍了半球谐振陀螺的发展历程,综述了半球谐振陀螺的国内外研究现状,最后对半球谐振陀螺的发展趋势进行了展望。

金属圆柱壳谐振陀螺的静电激励方法研究

重点对静止状态谐振子的静电激励方法进行研究。理论上分析了采用单频激励和半频激励时由外加电压产生的静电驱动力之间的差别,根据理论分析结果,设计了不同的激励方法进行实验验证,并对实验结果进行了详细分析。

小型环形激光器中He-Ne气体放电辉光压制的光学方法

为解决小型环形激光器输出信号信噪比随腔长减小而下降的问题,研制了一种压制He-Ne气体放电辉光的滤光片。该滤光片的中心波长为632.8nm,入射角为45°,其基片是截止波长为550nm的短波截止红色玻璃,基片前表面镀有19层瞙系结构为{HL2HLHLHLH2LHLHLHLH2LH}的窄带滤光片,后表面镀有4层非规整减反膜。使用离子溅射法和石英晶振膜厚监控方式制备了该滤光片,并对其进行了反向工程拟合,拟合的理论曲线与用Lambda950分光光度计正入射实测的透过率曲线较为吻合。将该滤光片胶合在环形激光器的输出镜后表面,其有用的激光信号幅值基本不变,而噪声幅值下降了约80%,表明该滤光片从光学上使输出信号的信噪比提高了5倍,降低了后续电路处理的负担及复杂度,为小型环形激光器的研制起到了一定的作用。

半球谐振子质量不平衡对振动特性的影响研究

质量不平衡是半球谐振子制造过程产生的主要缺陷之一,其对谐振子的振动特性产生重要的影响。为制定半球谐振质量不平衡评价方法及为修调提供依据,对谐振子的结构特征及质量不平衡进行了表征,通过耦合振动物理模型及仿真分析,明确了谐振子耦合振动产生机理、质量不平衡对频率裂解及支撑损耗的影响。并通过实验,测得了谐振子的不同去除质量下频率裂解特性及耦合振动特性,得到了谐振子质量不平衡与振动特性之间的关系,通过实验数据得出未经过平衡的谐振子1、3次谐波及2次谐波的分布特征,以及它们引入的支撑损耗分别为1.6×10^(-8)、3.7×10^(-9);频率裂解与4次谐波不平衡质量对应关系为0.01 Hz/μg,由此可以对谐振子质量不平衡进行评价及制定调平工艺。

“薄膜光学”课程建设探索

本文从薄膜光学课程的地位、作用、任务以及教学目的出发,结合研究生教学的特点,对课程的内容设置及教学方法进行了探索,并应用于教学实践,取得了良好的效果,对同类课程的建设有一定的指导意义。

基于项目训练的《薄膜光学》课程实践教学探讨

作为光学工程专业研究生课程之一,《薄膜光学》课程具有极强的专业性、抽象性和交叉性,其中学生实践环节的组织及其效果一直是教学中的短板。为了满足目前光电产业对薄膜工程师的迫切需求,笔者以激光陀螺小型化中遇到的陀螺读出拍频信号信噪比下降的实际科研问题为背景,以学生为主体,通过科研项目训练的方式,展开了一场实践教学演练,结果表明以项目训练方式推动《薄膜光学》实践教学的思路值得提倡。

原子力显微镜实验教学设计

本文结合研究生实验课程教学的特点,就如何将原子力显微镜用于实验教学进行课程内容和教学方案设计进行了阐述,并应用于实验教学,取得了较好的效果,可以为同类实验课程的开设提供有益的参考。

半球谐振陀螺高真空维持技术

通过理论计算得到半球谐振陀螺壳体内部所需要的真空度,根据放气率实验测试数据得到壳体内部真空度随时间的变化关系,据此进行了吸气剂选型和吸气能力测试,并测量了放置吸气剂后的壳体等效放气率,测试结果表明所选用的吸气剂可以满足维持半球谐振陀螺内部高真空的使用需求。

半球谐振子振动特性批量化测试技术

半球谐振子是半球谐振陀螺的核心部件,其振动性能测试贯穿生产加工、调平和装配整个过程,是半球谐振陀螺制造必不可少的环节,特别是对于高精度半球谐振陀螺,其谐振子具备高Q值低频率裂解的特性,需要高效率、批量化的测试手段,以满足半球谐振陀螺批量生产的需求。为解决谐振子批量化测试问题,首先,介绍了半球谐振子的工作原理,仿真分析了谐振子振动特性和表征方法;其次,针对半球谐振陀螺谐振子振动特性测试问题,提出了基于波动特性原理的振动特性测试方法;最后,根据所提出的振动特性的测试方法,设计了单腔室多工位谐振子振动特性批量化测试平台和工艺,采用激光测振仪进行振动信号的采集,完成了谐振子振动特性的检测,极大地提高了测试效率,满足半球谐振陀螺批量生产的要求。

半球谐振陀螺阻尼不均匀误差补偿方法

半球谐振陀螺是利用哥氏效应测量角速度的新型固态陀螺,在全角模式下具有噪声低、带宽高和动态范围大的特点,并且可以直接用于读取角度信号,拥有良好的应用前景。针对全角模式下的主要误差来源——阻尼不均匀项,在二维谐振子振动模型的基础上,简要介绍了Lynch平均法,并结合驻波进动方程,重点梳理了“四力控制”法、方位角自适应补偿法和“虚拟旋转”法等误差补偿方法,并对各补偿方法进行了总结,最后对半球谐振陀螺误差补偿技术的发展趋势进行了展望。

Design of an Electrically Written and Optically Read Non-volatile Memory Device Employing BiFeO3/Au Heterostructures with Strong Absorption Resonance

Exploiting new concepts for dense, fast, and nonvolatile random access memory with reduced energy consump- tion is a significant issue for information technology. Here we design an ＇electrically written and optically read＇ information storage device employing BiFeO3/A u heterostruetures with strong absorption resonance. The electro- optic effect is the basis for the device design, which arises from the strong absorption resonance in BiFeO3/Au heterostructures and the electrically tunable significant birefringence of the BiFeO3 film. We first construct a sim- ulation calculation of the BiFeO3/Au structure spectrum and identify absorption resonance and electro-optical modulation characteristics. Following a micro scale partition, the surface reflected light intensity of different polarization units is calculated. The results depend on electric polarization states of the BiFeO3 film, thus BiFeO3/Au heterostructures can essentially be designed as a type of electrically written and optically read infor- mation storage device by utilizing the scanning near-field optical microscopy technology based on the conductive silicon cantilever tip with nanofabricated aperture. This work will shed light on information storage technology.

高Q值半球谐振子精密加工技术研究

半球谐振子的机械能量损耗包括材料本征损耗、空气阻尼损耗、支撑损耗、热弹性损耗和表面损耗等,直接影响了半球谐振子Q值。通过分析这些能量损耗的数学模型,总结出半球谐振子的关键技术指标是材料性能、形位精度和表面粗糙度。综合考虑半球谐振子的精度和工程化应用,提出了一套高精度半球谐振子加工工艺,经过精密磨削、精密抛光和化学抛光后,加工得到的谐振子球面圆度小于0.25μm,表面粗糙度小于15 nm,品质因数大于5.2×107。对高精度半球谐振子加工和半球谐振陀螺制造工程化具有重要的指导意义。

微三维谐振陀螺研究的起源、进展与未来

介绍了美国国防预先研究计划局资助的微三维谐振陀螺项目的研究起源。重点概述了目前各单位取得的研究进展,讨论了微三维谐振陀螺进一步发展要解决的关键技术问题,并对微三维谐振陀螺的未来做了展望。

半球谐振子外球面加工原理误差分析及实验研究

通过对“范成法”加工半球谐振子外球面的机理分析,推导出外球面曲率半径的计算公式,分析出影响谐振子外球面形状误差的主要因素为砂轮的形状误差、机床的轴系定位偏差和机床旋转轴的跳动。砂轮形状误差包括砂轮中径误差和砂轮刃口半径误差,机床轴系定位偏差包括X、Y和B轴定位偏差,机床旋转轴跳动包括径向跳动和轴向跳动。通过优化外球面加工工艺参数,加工得到的谐振子外球面圆度小于0.25μm,同心度小于0.4μm,表面粗糙度小于0.02μm,谐振子品质因数大于2.6×10^(7)。

集成微光学陀螺研究现状、发展趋势和挑战

随着集成光子学和微纳工艺的飞速发展,微光学陀螺以其在芯片化、集成化上的优势广泛应用于下一代高精度小型化惯性导航系统中,在国防武器、微型飞行器以及无人机器控制等领域发挥重要作用。充分调研了国内外微光学陀螺研制方案及研究现状,介绍了包括干涉式、谐振式、布里渊散射式光学陀螺以及微光机电陀螺等四类微光学陀螺的工作原理和性能指标;光学微腔作为微光学陀螺中角速度核心敏感器件,其性能直接决定着陀螺系统精度指标,因此充分论述了氮化硅波导以及回音壁模式等新体制微腔的特性及优点,并针对其传输损耗、品质因子和陀螺性能等指标进行了对比和分析;最后总结了微光学陀螺芯片化的发展趋势以及在分立元器件性能提升、系统耦合与封装上遇到的机遇和挑战。

半球谐振陀螺研究现状、关键技术和发展趋势分析

半球谐振陀螺是一种高精度、高可靠性、小型化的角速度传感器,被誉为“具有颠覆性的技术”,“可以改变惯导行业版图”。综述了半球谐振陀螺国内外研究现状,分析了国内外主要差距;总结了半球谐振陀螺的关键技术,强调了精密加工、化抛、调平、镀膜、装配、电路控制和误差补偿等关键技术;分析了半球谐振陀螺的发展趋势,包括技术发展趋势和市场发展趋势。

留学生《现代导航技术》课程思政对“人类命运共同体”的思考与实践

"课程思政"是高校教育体系的重要组成部分,对于塑造大学生正确的人生观、价值观和世界观具有非常关键的意义。2020年突如其来的严峻疫情让全世界人民团结一心,"人类命运共同体"的意识空前强大。在这个时代背景下,本文探讨了在留学生《现代导航技术》课程思政中对"人类命运共同体"的感悟,分析了课程思政的主要内容和形式,加强思想政治建设,共同抗击疫情。