小型化保偏光纤陀螺敏感环组件的设计.pdf
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1、引言 光纤陀螺作为一种速率级惯导设备,广泛应用于 空导、空空、装甲等军事领域和自动驾驶、矿产资源勘探 等民用领域1,2。小型化光纤陀螺作为光纤陀螺发展的 重要方向,进行小型化技术研究具有重要意义,尤其是光纤敏感环组件的小型化可大 大减小光纤陀螺的体积、重量和生产成本。1 研究背景光纤敏感环组件作为小型化光纤陀螺的核心部件,其性能指标对光纤陀螺有着决定性作用的影响;它是感知物体转动速率的敏感表头,在光纤陀螺组成结构中尤为关键。本文从光纤陀螺重要的敏感环组件的结构组成角度出发,分析了保偏光纤环、集成化Y波导的特征参数对光纤陀螺性能的影响,详细论述了光纤陀螺光纤敏感环组件的批量化生产和测试技术,并搭
2、建了相应的测试系统测量了保偏光纤陀螺敏感环组件的全温零偏性能。2 结构与组成保偏光纤陀螺敏感环组件主要由保偏光纤环、集成化Y波导和粘环支撑底座组成,如图1所示,它们是光纤陀螺发生Sagnac效应感知物体速率最核心的组件。光纤环是传输光发生Sagnac干涉的媒介,它作为感知线圈对周围环境变化(如温度、磁场、应力等)极为敏感,同时其结构参数(如光纤长度、环的平均直径、环的横截面比例、损耗、偏振串音、应力分布、对称性等)也是影响光纤陀螺性能指标的关键。由Sagnac干涉计算式(1)所知,光纤环的光纤长度L、平均直径D影响光纤陀螺的测量范围、灵敏度、标度因素和陀螺的外形尺寸;L和D的乘积越大,陀螺越灵
3、敏,单个条纹对应的测量范围越小,反之亦然3。(1)其中,为光纤陀螺测量范围,min为光纤陀螺的灵敏度,K为光纤陀螺的标度因素,为光源平均波长,c为真空中的光速,L为光纤环的光纤长度,D为光纤环的平均直径,e为电子电量,e=1.610-19C,RD为探测器响应度,P到达探测器功率,f测量带宽,b相位偏置工作点,Km集成化Y波导调制系数,KDA为放大器的增益系数。作者简介:吴海林,上海傲世控制科技股份有限公司;研究方向:电子器件设计。收稿日期:2022-10-21;修回日期:2023-05-23。摘要:阐述光纤陀螺核心敏感结构的设计,组成光纤敏感环组件的器件特征参数对陀螺性能的影响,探讨光纤陀螺光
4、纤敏感环组件的批量化生产和测试技术,搭建光纤敏感环组件的测试系数。关键词:光纤陀螺,小型化,保偏光纤环,Y波导。中图分类号:TN253,TP212 文章编号:1674-2583(2023)06-0019-03DOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2023.06.008文献引用格式:吴海林.小型化保偏光纤陀螺敏感环组件的设计J.集成电路应用,2023,40(06):19-21.小型化保偏光纤陀螺敏感环组件的设计吴海林(上海傲世控制科技股份有限公司,上海 201801)Abstract This paper describes the design of the core s
5、ensing structure of fiber optic gyroscopes,the influence of the device characteristic parameters that make up the fiber optic sensing ring components on the performance of gyroscopes,explores the mass production and testing technology of fiber optic sensing ring components in fiber optic gyroscopes,
6、and builds the testing coefficients of fiber optic sensing ring components.Index Terms fiber optic gyroscope,miniaturization,polarization maintaining fiber ring,Y-waveguide.Design of Miniaturized Polarization Maintaining Fiber Optic Gyroscope Sensing Ring AssemblyWU Hailin(Shanghai Aoshi Control Tec
7、hnology Co.,Ltd.,Shanghai 201801,China.)图1 光纤陀螺敏感环组件20 集成电路应用 第 40 卷 第 6 期(总第 357 期)2023 年 6 月 Research and Design 研究与设计集成化Y波导是组成光纤敏感环组件的核心器件,集起偏、分束、相位调制为一体,以较高的消光比对输入光进行偏振滤波,使得输入光纤环的光为线偏振光,同时实现了输入输出光的分束和合束,(1)将输入光信号引入到光纤环的两个传播方向,(2)将光纤环返回的两束光合成为一束,使其产生干涉并进行偏振滤波4。利用铌酸锂晶体的光电特性对输入线偏振光进行偏置和反馈调制,根据电极施加的
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