Y波导温致半波电压特性对谐振式光纤陀螺的影响

针对基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺(resonant fiber optic gyroscope, RFOG)中Y波导调制器半波电压的温度影响,开展了Y波导温致半波电压特性对谐振式光纤陀螺影响的研究。建立了Y波导温致半波电压特性对基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺系统标度因素的影响规律模型,模型表明:Y波导调制器的温致半波电压特性会导致基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺系统的标度因素发生变化。搭建了用于宽谱光源的Y波导调制器半波电压测试系统,系统测试精度达1 mV。实验测试了全温范围内Y波导的温致半波电压特性在基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺系统中的影响,测试结果表明:Y波导调制器的半波电压与温度呈线性负相关;Y波导调制器的温致半波电压特性导致基于宽谱光源的谐振式光纤陀螺系统的标度因素的最大相对变化误差为1 266.01×10^(-6)。

基于HALT方法的光纤陀螺用Y波导可靠性试验研究

Y波导集成光学器件(以下简称Y波导)作为光纤陀螺的核心部件,其可靠性对光纤陀螺整体的可靠性有很大影响。为了快速作出Y波导的可靠性及寿命估计,使用高加速寿命试验(HALT)的方法开展Y波导可靠性和寿命估计的研究,研究环境因素(高温、快速温变以及高湿等)对Y波导性能的影响,结果表明高温会显著影响Y波导性能,且Y波导的高温破坏极限为150℃,工作极限为130℃,主要影响的参数是插入损耗和分束比。使用120℃的条件进行Y波导的高加速寿命试验,得到Y波导在120℃的寿命约为1120 h,等效于25℃的93年寿命,并根据失效数量随时间的变化绘制出了可靠性浴盆曲线。完成了对Y波导的可靠性评估和寿命估计。

多轴光纤陀螺Y波导间电磁干扰影响分析及抑制方法

针对多轴光纤陀螺工作时Y波导间电磁场变化影响零偏稳定性的问题,分析了Y波导间电磁场变化对陀螺零偏稳定性的影响机理并提出了抑制方法。根据多轴光纤陀螺Y波导间的电磁耦合机理,建立了电磁干扰模型,推导出了Y波导两端电压与连接电极的引线长度和轴间距离之间关系表达式。通过优化波导工艺参数、缩短Y波导电极引线长度将Y波导间电磁干扰引起的陀螺零偏稳定性误差降低到0.01°/h内,并进行了仿真和实验验证,实验结果表明Y波导引线方法改进后陀螺零偏稳定性由平均0.038°/h减小到0.0056°/h。实验证明所提方法能有效抑制多轴光纤陀螺Y波导间电磁干扰引起的陀螺零偏稳定性超差问题。

光纤陀螺用Y波导半波电压稳定性的研究

Y波导是数字闭环光纤陀螺的核心器件,其半波电压的稳定性直接影响光纤陀螺标度因数的稳定性。工作温度是影响Y波导半波电压稳定性的主要因素,从Y波导物理特性的理论推导和Y波导半波电压随温度变化的实验可以得到半波电压与温度近似成线性规律,实验中半波电压随温度变化线性拟合中产生的非线性误差主要受Y波导的外电场和机械应力的影响。通过对Y波导的半波电压进行标定补偿,使陀螺处于最佳调制状态,从而使其在整个工作温度内获得高稳定性的标度因数。

热敏电阻用于补偿Y波导温度漂移

铌酸锂集成光学相位调制器(Y波导)是数字闭环光纤陀螺的核心器件.温度变化引起相位调制器产生附加相位漂移,直接影响标度因数的稳定性,从而导致光纤陀螺零点漂移.因此,补偿温度引起Y波导附加相位漂移显得尤其重要.本文提出在Y波导驱动电路的运放电路中引入热敏电阻.利用热敏电阻的温度特性构建了温度补偿电路.温度变化引起运放电路放大倍数的改变,Y波导上调制电压的变化从而补偿温度引起Y波导的附加相位漂移.理论计算和实验结果证明,该方法可以简单、方便地提高光纤陀螺、光纤电流传感器等仪表的温度稳定性.

保偏光纤环与Y波导芯片直接耦合技术研究

光纤陀螺光路结构中,Y波导器件与保偏光纤环通过尾纤熔接的方式连接形成闭合回路来敏感系统相对惯性空间的转动信息,而熔接点引入的偏振交叉耦合以及背向反射是制约光纤陀螺测量精度进一步提高的主要因素。为此,提出了一种实现保偏光纤环与Y波导芯片直接耦合的方法,并制作了两者直接耦合的敏感环光路。经实验测试,光路中Y波导器件的插入损耗典型值为2.7dB,分光比优于48/52~52/48,偏振串音优于-30dB,性能指标与常规的Y波导器件相当。该光路模块理论上有利于减小光纤陀螺系统噪声和提高测量精度。

光纤陀螺用Y波导半波电压的测试方法研究

提出了一种基于塞格纳克效应的用于精确测量光纤陀螺用集成Y波导半波电压的方法———陀螺开环搜索法。这种方法通过特殊的调制和解调方式使塞格纳克干涉仪工作在开环状态,干涉仪的输出信号中包含有调制信号复位电压与集成Y波导半波电压的信息,利用这些信息调节调制信号复位电压,使之不断逼近集成Y波导的半波电压,最终达到集成Y波导半波电压的精确测量。这种方法利用光纤陀螺本身的光路和电路进行测量,不需搭建专用的测试系统,而且可以实现全自动测量。它比目前广为采用的马赫-泽德干涉仪法更精确、更方便、更有实用价值。

Y波导调制器残余强度调制的测量

为了便于分析Y波导调制器残余强度调制的产生机理,提出一种Y波导调制器残余强度调制的测试方法。系统采用Spartan-6系列的FPGA作为主控芯片,控制模数转换芯片ADS5560对经光电转换后的调制光信号进行采集,将采集到的数据打包后通过UART通信模式发送至PC机,获取Y波导调制器残余强度调制大小及波形信息。根据残余强度调制大小和波形信息分析模场改变引起的线性和杂散光与输出光的干涉两种机理产生的残余强度调制所占比例。测试结果表明,系统稳定性良好,对于Y波导调制器的开发有重要意义。

Y波导残余强度调制对IFOG性能的影响

本文首先通过正弦波调制下干涉信号光强分析解调出光纤陀螺的输出信号,进而得出残余强度调制存在的情况下陀螺输出信号的变化情况,同时,通过分析陀螺信号的变化说明残余强度调制对光纤陀螺性能的影响与陀螺精度要求有关,精度越高,其影响越明显。其次,具体分析了数字闭环光纤陀螺受残余强度调制影响的情况下,其解调输出电压变化引起的数字阶梯高度变化,并通过残余强度调制系数与数字阶梯高度的关系式,说明了残余强度调制对光纤陀螺零偏和标度因数的影响。最后,对所得出的残余强度调制系数与光纤陀螺标度因数稳定性的关系进行了Matlab仿真,通过仿真结果,更进一步说明残余强度调制对数字闭环光纤陀螺标度因数稳定性的影响。

外应力对Y波导器件尾纤消光比的影响

本文研究了外应力对Y波导器件尾纤消光比及其温度稳定性的影响机理.在对保偏光纤固定部分进行应力分析的基础上,研究了外应力的大小、方向对于光纤应力双折射及尾纤消光比的影响,并分析了消光比的全温稳定性.结果表明,外应力是影响消光比常温性能及全温稳定性的主要因素.当外应力的方向与光纤固有应力双折射的主轴不重合时,尾纤最大消光比会低于保偏光纤的固有消光比,并且耦合后波导芯片与光纤慢轴之间对轴失准.当温度变化时,外应力的变化将导致消光比随温度的波动.当外应力沿着保偏光纤固有双折射主轴方向时,能够确保尾纤在耦合过程中实现最大的消光比,并保证波导芯片偏振方向与光纤慢轴的严格对准,此时尾纤消光比具有最佳的温度稳定性.对V型槽和U型槽光纤固定块进行了尾纤消光比性能及其温度稳定性的比较分析,试验验证表明,V型槽方案相对于难以保证外应力方向与光纤慢轴重合的U型槽固定块设计方案而言,可以有效改善消光比性能及其全温温度稳定性.

Y波导调制器半波电压及调制相位漂移研究

分析了用于光纤陀螺的Y波导相位调制器的半波电压特性及其对光纤陀螺系统特性的影响,测试了温度和光源波长变化对半波电压的影响;阐述了Y波导调制器调制相位漂移对光纤陀螺系统特性的影响,测试了温度以及相对湿度变化对Y波导调制器调制相位漂移的影响。针对实验结果提出了改进Y波导制作工艺的措施。

Y波导调制器残余强度调制研究

为提高Y波导调制器调制性能从而提高光纤陀螺的整体性能,分析了用于光纤陀螺的Y波导相位调制器残余强度调制产生的机理,即存在波导缺陷以及基底杂散光反射;阐述了残余强度调制对光纤陀螺系统特性的影响,残余强度调制主要影响光纤陀螺的标度因素;测试了不同Y波导残余强度调制的波形特性和它的线性分量及干涉分量大小,不同Y波导残余强度调制大小差异较大,性能好的Y波导残余强度调制大小可以控制在1‰以内;测试了温度对残余强度调制波形特性的影响,残余强度调制受温度影响较大,极端温差下残余强度调制大小波动可达20%;根据残余强度调制的产生机理和线性干涉分量比的大小,提出改进Y波导制作工艺的措施,以期提高Y波导的调制性能。

基于铌酸锂薄膜的Y波导集成调制器设计

近年来,基于薄膜铌酸锂(TFLN)平台的高性能电光调制器以其小体积、低能量损耗等特点受到广泛关注。本文提出了一种新的具有垂直电极结构的Y波导铌酸锂薄膜电光调制器。研究了调制器的半波电压与缓冲层厚度之间的关系,优化了Y波导的设计参数,最后设计得到插入损耗<5 dB,半波电压<1.5 V的高性能调制器。本文不仅为基于TFLN平台的小型化波导的设计和实现提供了思路,而且为制造高性能和多功能的电光调制器提供了实验依据。

Y波导调制器耦合处在低温冲击下的ANSYS模拟

使用ANSYS有限元分析软件,对Y波导调制器在受到从室温降至-55℃的低温冲击时,光纤与波导耦合处的应力分布和弹性位移进行了模拟。将计算结果与实验数据进行了对比。分析表明,由于材料性质的差异导致耦合处的受温形变是其低温下工作参数退化的主要原因之一,为器件温度特性的研究提供了有效参考。

Y波导相位调制器直流相位漂移参数测试系统研制

本文对光纤陀螺系统中Y波导相位调制器的直流相位漂移参数进行研究分析,搭建了一套全自动测试系统,在实现对Y波导处于常温下准确测试的基础上,首次实现全温下(−40℃~+85℃)直流相位漂移参数一键式自动化测试。结果表明:搭建的测试系统能够连续、快速地对Y波导的直流相位漂移参数进行测试,在常温下直流相位漂移参数的标准差小于72 ppm,在全温下直流相位漂移波动幅度在3.06‰以内,全温状态下直流相位漂移参数具有重复性。

γ射线辐射对铌酸锂Y波导集成光学器件的影响

铌酸锂Y波导集成光学器件进行γ射线辐射效应地面模拟实验,一方面通过检测辐射前后器件参数的变化,分析了γ射线总剂量、剂量率与器件性能的相关性;另一方面通过在线监测辐射总剂量累计过程中器件参数变化,分析器件对γ射线辐射的敏感性,以及器件性能与辐射总剂量的瞬态关系。

Y型光波导分束比和插入损耗测量技术研究

Y波导在集成光学系统中得到了广泛的应用,并拥有很大的潜力,近年来备受关注。因此了解它的各项指标至关重要。在Y波导的诸多指标中,分束比和插入损耗是2个重要指标。着重介绍了2个指标的测量装置及测量方法。对于分束比,分别采用波长为1300nm和1550nm的激光光源测量Y波导两尾纤的输出光功率。根据公式计算出分束比后,分析影响测量结果的主要因素,进行测量不确定度评定。对于插入损耗,主要是按照测量原理搭建测量装置,从理论上分析影响插入损耗测量的因素。通过对Y波导2个指标的测量,有助于更好地了解Y波导的性能。

基于偏振串扰分析仪的LiNbO3集成Y波导的测试方法

结合分布式偏振串扰分析仪,利用琼斯矩阵对LiNbO3集成Y波导进行理论建模分析,并且得到了实验验证。实验证明,偏振串扰分析仪能评估出Y波导的整体消光比,且能够测试出Y波导内部的一个缺陷的串扰值,弥补了强度型消光比测试仪的不足。最后用单偏振光纤验证了Y波导测试结果的合理性。分布式偏振串扰分析仪在实际应用中对筛选性能更加优异的LiNbO3集成光学芯片有着重要意义。

聚合物Y分支脊形波导的单模条件

有机聚合物光波导近年来成为研究的热点,它为实现下一代的光电集成回路提供了另外一种选择。它所具有的一系列优点如下:(1)与传统的材料相比,有机聚合物光波导容易在各种衬底上制作,其制作成本也得以降低,并且使得与有源器件如激光器、调制器、探测器的单片集成成为可能;(2)有机聚合物波导材料的折射率可以进行调整以满足耦合损耗和弯曲损耗的折中选择;(3)此外,有机聚合物的热光系数比S iO2大一个数量级,而其导热系数却比S iO2和S i小得多。有机聚合物Y分支是强度调制器和光开关等器件的重要组成。光波导器件在和单模光纤一起使用时要求其实现单模传输,这样可以减少耦合损耗。利用变分有效折射率法计算了聚合物Y分支脊形波导的光场分布。变分有效折射率法是变分法(VM)和有效折射率法(EIM)的结合,它结合了两种方法各自的优点,能够很精确地模拟光场分布情况。利用变分有效折射率法验证了满足单模传输的脊形波导结构参数:芯层厚度为1.5μm,脊高为0.2μm,脊宽为5μm。

聚合物Y分支波导的TM模分析

本文利用有效折射率法计算聚合物脊形波导的横向折射率分布,将三维光波场传播问题简化为二维问题;从导模满足的标量波动方程出发,结合透明边界条件,采用Crank-Nicholson差分格式,得出有限差分束传播法的基本方程。对Y分支波导结构中TM模的传播及损耗特性进行理论分析,得出了优化的结构参数:Y分支角α=1.1°,脊宽W=5μm,波导间距G=20μm。