光学陀螺背向散射问题综述(特邀)

光学陀螺作为光电惯性导航系统的核心器件,在众多领域发挥着举足轻重的作用。随着科学技术的不断进步,传统的激光陀螺、轻质化的光纤陀螺以及集成化的微光陀螺齐头并进、蓬勃发展,但无论是哪一种陀螺样式,在性能优化的过程之中都不可避免地需要考虑背向散射的问题。背向散射是光学陀螺中的一种噪声源,其会带来陀螺的输出偏置或闭锁效应,从而影响其性能。为了更好地理解光学陀螺中的背向散射机制,首先从半经典理论下的自洽方程组出发讨论背向散射的基本原理,而后依照光学陀螺的发展脉络,分析各种光学陀螺的背向散射分析方法、测量手段以及抑制方法,最后对目前光学陀螺中有关背向散射亟待解决的问题进行总结并展望。

激光陀螺捷联惯导系统尺寸效应参数标定与优化补偿

提出一种捷联惯导系统尺寸效应标定补偿方法,先标定出捷联惯导系统中每个加速度计相对于三轴转台回转中心的杆臂参数,再基于尺寸效应误差最小原则,对载体坐标系原点位置进行优化,得出相应的尺寸效应参数。对于零偏稳定性优于2×10?5g的加速度计,杆臂参数与尺寸效应参数标定重复性优于0.2mm。将载体坐标系原点置于三轴转台回转中心,以重力加速度g为基准验证标定补偿效果,转台匀速转动情况下,补偿后10min平均偏差小于2×10?6g。根据激光陀螺角增量采样值求出角速度和角加速度,对惯导实验中的尺寸效应进行补偿,在转台角运动条件下纯惯性导航1h定位误差由尺寸效应补偿前的1600m减小到补偿后的300m以内。

激光陀螺捷联惯导尺寸效应误差分析与补偿

在高动态条件下,加速度计尺寸效应已成为影响激光陀螺捷联惯导系统精度的重要误差源。文中从理论上分析了尺寸效应的产生机理,认为尺寸效应的产生是由于加速度计测量点不一致而引起,分析了激光陀螺机械抖动引起的尺寸效应误差。对加速度计组件在一般安装关系下的尺寸效应误差模型进行了推导。对于加速度计非正交安装情形,在常规静态标定模型基础上,推导了考虑尺寸效应后的动态标定模型。以导航速度为观测量,建立了加计组件尺寸效应误差补偿的一般模型方程。一系列的试验证明,尺寸效应补偿有效地提高了导航精度。

四频差动激光陀螺法拉第旋光片的加工

根据四频差动激光陀螺对法拉第旋光片的两个通光面都必须是超光滑表面且有一定夹角的使用要求,针对传统工艺必须采用光胶上盘法所带来的不利因素,提出了一种新的工艺。通过将数百个法拉第旋光片毛坯作为一个整体粘胶上盘并进行加工的方法,不仅使法拉第旋光片两通光面之间的夹角得到了很好的保证,而且还避免了光胶上盘对通光表面可能造成的损伤,最后使旋光片的两个通光面的表面质量同时得到了保证,从而使产品合格率大大提高(一盘数百个零件,两个通光表面的表面粗糙度同时优于0.08 nm(rms值)的合格率有时可达80%以上),解决了四频激光陀螺批量化生产中的一大制约因素。

四频差动激光陀螺的热效应浅述与其温度分布的测试

本文简要分析了四频差动激光陀螺开机后热场的变化对零漂的影响 (即陀螺的热效应 ) ,提出了一些克服热效应的方法 ,并测量了陀螺热场。

环形激光陀螺零偏热效应补偿模型的研究

热效应对激光陀螺零偏的影响非常明显且难以精确建模。根据对环形激光陀螺的大量温度试验的数据,分析了温度变化、温度梯度与温变速率对陀螺零偏漂移影响的规律,进而提出了一种适用于工程应用的环形激光陀螺的零偏热效应补偿方法。经试验验证,此模型能在一定程度上改善热效应对环形激光陀螺零偏稳定性的影响,为建立最后的误差补偿模型,进一步提高环形激光陀螺的精度打下基础。

四频差动激光陀螺腔长敏感性的研究

为了改善四频差动激光陀螺的性能,研究了腔长敏感性随温度和工作电流变化的规律。利用气体激光器模牵引效应的经典公式,推导了四频差动激光陀螺腔长敏感性的表达式。通过扫模实验研究了腔长敏感性与温度、放电电流的关系。实验结果表明:温度越高,腔长敏感性越小;放电电流越小,腔长敏感性越小。因此采取较小的放电电流可降低四频差动激光陀螺的腔长敏感性,降低稳频误差的影响。

气体压强对塞曼激光陀螺偏频特性的影响研究

就气体压强对激光陀螺偏频特性影响进行了理论与实验研究.理论推导发现,激光陀螺内部的He-Ne气体压强对其偏频量有重要影响.He-Ne气体比率一定时,偏频量与其内部压强成线性关系.在不同气压下对激光陀螺偏频量与压强的关系进行了实验验证,实验结果与典型参量下的理论结果吻合得较好;给出了不同比率下激光陀螺偏频量与其压强的关系曲线.

石英晶体温度效应对四频差动激光陀螺中光场偏振特性的影响

为研究石英晶体温度效应对四频差动激光陀螺的影响,从陀螺的自再现传播矩阵出发,结合石英晶体旋光率随温度变化的经验公式,利用琼斯矩阵求本征模的方法,得出了四频差动激光陀螺腔内光场本征偏振态与温度的关系并进行了数值分析,得到椭圆度和左右旋差损随温度变化的曲线。结果表明,石英晶体温度效应对偏振特性的影响与反射镜片的振幅反射率和反射相移有密切关系,对于典型陀螺参量,在-60℃-60℃范围内石英晶体温度效应导致左右旋差损从0增加至1-0 6量级,椭圆度从0.122增至0.138。

一种完整测量膜片法拉第效应和损耗的方法

提出了一种能完整测量零锁区激光陀螺法拉第偏频组件中旋光膜片的法拉第旋光效应和超低损耗的方法和自动测量系统.该方法利用双光路正交分解平衡测量原理,通过测量两束光光强平衡时起偏器的偏振方向来确定旋光膜片的法拉第转角和超低损耗.测量结果表明:系统对法拉第转角的测量分辨率小于0.9″,损耗测量分辨率为10ppm.环境温度的波动对法拉第转角的测量变化很小,但对膜片超低损耗测量影响很大,温度变化8.1K,膜片损耗测量值变化一个周期.实验及结果证明,该系统能满足超高精度测量的要求.

异面腔四频陀螺中的模牵引效应及补偿技术

为了提高异面腔四频差动激光陀螺(NFMDLG)的精度,提出了一种利用互易偏频的零偏补偿技术。根据气体激光器经典理论,推导了NFMDLG的互易偏频和零偏的表达式。分析了NFMDLG中的左旋陀螺分别位于增益曲线左、右侧时其输出零偏的特点,指出磁圆二向色性差损导致的零偏在这两种情况下大小相同符号相反。搭建了一套可同时测量互易偏频和零偏的实验系统,通过改变NFMDLG的放电电流和腔体温度验证了理论分析。在此基础上提出利用互易偏频补偿温度和电流变化导致零偏的方案。实验结果表明,温度变化50℃时,采用该补偿方法后零偏在±0.01Hz内波动;放电电流变化0.2mA时,补偿后的零偏降低了4/5。因此互易偏频可有效补偿模牵引效应导致的零偏误差。

四频差动激光陀螺中的粒子数脉动效应

为研究激光陀螺精细模耦合作用,考虑了增益介质中的粒子数脉动效应。从激光器物理原理出发,分析了粒子数脉动效应的产生机制,结合四频差动激光陀螺特点,得出粒子数脉动效应是一种精细模耦合效应,不同激光模式间的拍频使增益介质中粒子数布居差产生调制,进而对模耦合产生影响。数值计算了粒子数脉动在耦合效应中的大小。计算结果表明:粒子数脉动效应和其他耦合效应随腔频变化基本一致,在大多数腔频范围内数值较小,为其他耦合效应的4%以下;在某些腔频范围(如0.37<ξ<0.46,0.02<ξ<0.06,0.86<ξ<0.88)有较大数值,为其他耦合效应的80%以上,在激光陀螺的模耦合分析中不可忽略。

护理干预在激光美容术后患者防晒中的应用

目的探讨护理干预在激光美容术后患者防晒中的应用效果。方法 80例行激光美容术患者,按照不同的护理方式分为对照组和观察组,各40例。对照组患者给予常规护理,观察组患者给予全面的防晒护理干预。比较两组患者护理后汉密尔顿抑郁量表(HAMD)、汉密尔顿焦虑量表(HAMA)、生活质量(QOL)评分以及并发症发生情况。结果护理前两组患者HAMD、HAMA以及QOL量表评分比较差异无统计学(P>0.05);护理后,观察组患者HAMD、HAMA评分低于对照组,QOL量表评分高于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05)。护理6个月后随访,观察组患者并发症发生率为5.0%,低于对照组的20.0%,差异具有统计学意义(χ2=4.114,P<0.05)。结论激光美容术后实施防晒护理干预能够有效减轻患者焦虑和抑郁等不良心理状况,提高患者的生活质量,降低并发症发生率。

打破圆偏振光纤环形腔激光陀螺中闭锁的新方法

利用琼斯矩阵方法,证明了在光纤圆偏振激光陀螺系统中引入法拉第磁光介质后,双向激光的偏振态依然是正交圆偏振态,仅仅引入了非互易相位;得到了引入非互易相位后,陀螺的两束激光频差和陀螺转速动态关系的解析表达式;给出了需引入的最小非互易相位与后向散射耦合系数之间的关系表达式.分析表明,引入法拉第磁光介质后,既保持了对空间烧孔效应的抑制,又避免了由后向散射引起的闭锁效应,从而为无闭锁光纤环形腔激光陀螺的实现提供了新的理论方法.

激光陀螺辐射捕获效应的理论研究

辐射捕获是影响激光陀螺性能的重要色散效应。针对以往研究方法的缺陷,提出新的修正方案。基于对辐射捕获物理过程的严格考察,提出了二频陀螺的修正公式,解决了Aronowitz理论公式的缺陷;基于对四模激光器模耦合作用的严格考察,提出了四频陀螺的修正公式,符合物理本质。这对激光陀螺的理论研究有参考价值。

四频差动激光陀螺减小磁效应的新方法

四频差动激光陀螺的磁效应是制约其精度提高的重要误差源之一。从四频陀螺工作原理出发,分析其物理机制,提出一种减小磁效应的新方法。基于光强差稳频思想,通过改变稳频判定标准,选择最佳稳频点;同时采取针对性措施,确保陀螺相关参量特别是总光强的稳定性。实验结果验证了此方法的有效性,对研究者有一定参考意义。

联用激光理疗、按摩与星状神经节阻滞治疗难治性交感神经型颈椎病的效果

目的:探讨联用激光理疗、按摩与星状神经节阻滞治疗难治性交感神经型颈椎病的临床效果。方法:选取2018年7月至2019年7月期间新疆和田地区人民医院收治的60例难治性交感神经型颈椎病患者作为研究对象。将这60例患者分为对照组(n=30)和观察组(n=30)。对两组患者均进行激光理疗及按摩。在此基础上,对观察组患者进行星状神经节阻滞治疗。然后,比较两组患者治疗的总有效率。结果:接受治疗后,与对照组患者相比,观察组患者治疗的总有效率更高,χ^2=8.523,P<0.05。结论:联用激光理疗、按摩与星状神经节阻滞治疗难治性交感神经型颈椎病的临床效果较好。

两种沙障内蚀积地表形态及其空间格局观测研究

以腾格里沙漠西缘流动沙丘布设的纤维网沙障(Fibermesh sandbarrier,FSB)和土工编织袋沙障(Geotechnical wovenbagsandbarrier,GSB)为研究对象,采用三维激光扫描技术并结合传统测量法对沙障内微地貌形态进行测算。结果表明:(1)2种沙障区侵蚀深度、侵蚀量和侵蚀表面积均呈沿主风向逐渐增大的趋势。沙丘中线迎风侧GSB侵蚀深度、侵蚀量和侵蚀面表面积都比FSB大,其中侵蚀深度比后者深20%~40%,侵蚀量高于后者45%~70%。(2)2种沙障均在沙丘中南部沙障破损严重,高于其余位置30%~50%,由于土工编织袋被风掏蚀损坏较大,沙障破损范围和破损程度均高于纤维网沙障。(3)在沙障方格内部侵蚀深度最大值多数不是位于方格中心,其中北—北东—东—南东方位带为侵蚀区即弱堆积区,中心和西部为强堆积区。(4)土工编织袋沙障区的侵蚀深度大于纤维网沙障区,同时后者破损率大大低于前者,因此纤维网阻沙障效果优于土工编织袋。利用三维激光扫描技术进行微地貌形态反演不仅可以准确测量出侵蚀深度,而且可以通过软件操作实现侵蚀量和侵蚀面表面积的计算,为风沙地貌和防沙治沙领域精确研究微地貌提供了新型工具和方法。

激光陀螺磁敏感机理

为了提高激光陀螺磁场环境应用的可靠性,分析了激光陀螺敏感磁场的原理,指出激光陀螺磁灵敏度与其腔内运行的激光的椭偏度有关;对激光陀螺腔内运行激光的椭偏度进行了仿真分析,提出了激光椭偏度改善措施。实验结果表明:激光陀螺敏感磁场强度与作用磁场的方向有关,且激光陀螺腔内运行激光椭偏度越大,其磁灵敏度就越大。通过改善激光陀螺腔内运行激光椭偏度可以减小其磁灵敏度,提高激光陀螺抗磁场干扰能力。

四频差动激光陀螺中水晶片在应力作用下的光学性质

建立了四频差动激光陀螺水晶片弹光效应和旋光性交互作用的理论模型,并指出了该模型的求解方法和步骤。首先,计算在应力作用下新旧主轴坐标系的变换矩阵以及在新主轴坐标系中水晶片的逆介电张量和旋光张量,然后计算实验室坐标系与新主轴坐标系之间的变换矩阵,求出实验室坐标系下水晶片的逆介电张量和旋光张量,根据水晶片的简正模方程和物质方程就可以求出其应力作用下沿波矢方向的简正模和相应的折射率。通过数值实例计算了四频差动激光陀螺中波矢与主轴不同位置关系时水晶片在波矢方向简正模椭圆度和相应折射率随应力的变化,对分析四频差动陀螺温变零漂的产生机理和水晶片的安装具有一定的指导意义。