sagnac光纤干涉仪误差分析
光纤位移干涉仪测高速漫反射面速度误差分析
相对误差都在 ｌ Ｏ 量级 ， 。 并且 同时采用 Ｖ Ｓ Ｒ和 光纤位移干 涉仪 来测量爆 轰加载 下铜 飞片的速度轨迹 。 Ｉ Ａ 实验结果 表 明， 单模光纤位移干涉仪的 实际测量精度可 以和 Ｖ Ｓ Ｒ相 当， 明 了 ＩＡ 证 单模 光纤位移 干涉仪用 于高速漫反射 面速
光纤位移 干涉 测高 仪 速漫反射面速度误差分析
吴建荣 Ｌ ，李泽仁 ，王德 田 ２ ，刘寿先
（ ．中国工程物理 研究院流体物理研究所 ，绵阳 ６ １０ ； １ ２ ９ ０ ２ ，中国科 学技 术大 学 电子工程与信息科学系 ，合肥 ２ ０ ２ ；） ３０７
摘要 ：首次从理论上分析基于单模光纤 的位移干 涉仪用于 高速漫反射面速度测量的相位误差 ，包括来源和大小及 其与 系统各参量 的关系。 计算 了光束从光纤 出射 ， 经漫反射面反射 ， 再耦 合进单模 光纤的光场表达式。结果表 明，
Ｉ ｔ ｒ ｅ ｏ ｅ ｅ ｎ Ｈ ｉ ｈ Ｓｐｅ ｄ Ｄｉｆ ｅＳ ｆ ｃ ｎ ｅ ｆ ｒ ｍ ｔ ｒｏ ｇ ｅ ｆｕｓ ｕｒ ａ ｅ
Ｗ Ｕ ｉ ｎ— ｏ ｌ 一 ＬＩＺｅ ｒ ｎ Ｗ Ａ Ｎ Ｇ ｅ ｔａｎ ， ＬＩ ｏｕ— ｉ ｎ Ｊ ａ ｒ ｌｇ ， ， ．ｅ ， Ｄ ．ｉ Ｕ Ｓｈ ｘａ
ｐ ａ ｅ ｎ ｅ ｘ ｌ ｓ ｅ ｌ ａ ｉ ｇ ｂ ｅｍ ｅｈ ｄ Ｃ ｍｐ ｄ ｗｉ ｅ ｕ ｔ ｆｏ ＶＩ ＡＲ， ｘ ｅ ｍ ｅ ｔ ｌ ｅ ｕ ｔ ｎ ｉａ ｅ ａ ｅ ｌｔ ｓ ｄ ｒｅ ｐ ｏ ｉ ｄ ｎ ｙ ｔ ｔ ｏ ． ｏ ￣ｅ ｔ ｒ ｓ ｌ ｍ Ｓ ｕ ｖ ｏ ｈ ｈ ｓｒ ｅ ｐｒ ｉ ｎａ ｓ ｌ ｉ ｄ ｃ ｔ ｓｔ ｔ ｈ ｒ ｈ ｔ ｉ ｒ ｓ ａ ｅ ｎ ｔｒｅ ｏ ｔｒＣ ａ ｃ ｍｐｌ ｈ ｔ ｅｓ ｍｅ ｏ ｄ ｒｏ ｐ ｅ ｉｉ ｎｗｉ ｅＶＩ ＡＲ． ｆ ｅ ｉ ｌ ｃ ｍｅ ｔ ｎ ｅｆ ｒ ｍｅｅ ａ ｃ ｏ ｂ ｄ ｐ ｉ ｎ ｉ ａ ｒ ｅ ｆ ｒ ｃ ｓ ｔ ｔ Ｓ ｓ ｈ ｏ ｈｈ
光纤陀螺仪误差分析与补偿 共32页
2.2 光纤陀螺仪的误差补偿技术
2）改进半导体激光光源的噪声特性；
光源的波长变化、频谱分布变化及光功率的波动，将直 接影响干涉的效果。返回到光源的光直接干扰了它的发射状 态，引起二次激发，与信号光产生二次干涉，引起发光强度 和波长的波动。
目前的解决方法有： （1）对于光源波长变化的影响，通过数据处理方法解 决；若波长变化是由温度引起，则直接测量温度，进行温度 补偿； （2）对于返回光的影响，采用光隔离器，信号衰减器 或选用超辐射发光二级管等低相干光源。
光纤陀螺仪不仅具有激光陀螺仪的各种优点，而且 它无克服“自锁”用的机械抖动装置，也不用在石英块 精密加工出光路，降低了结构的复杂性和生产成本。而 且，利用不同规格的基本元件，可构成适合不同要求的 高、中、低级光纤陀螺仪，因此具有极大的设计灵活性， 得到了大力研究和发展。
4
1.1 光纤陀螺仪的组成
光源
探测器 光纤环 调制器
耦合器
光纤陀螺组成示意
6
1.2 光纤陀螺仪的分类
按原理与结构 按相位解调方式 按有无反馈信号
干涉式光纤陀螺仪（I-FOG） 谐振式光纤陀螺仪（R-FOG） 受激布里渊光纤陀螺仪（B-IFOG） 锁模光纤陀螺仪 法-珀光纤陀螺仪（Fabry-Perot） 相位差偏置式光纤陀螺仪 光外差式光纤陀螺仪 延时调制式光纤陀螺仪
9
2.1 光纤陀螺仪的主要性能指标
（1）零偏 当输入角速度为零时，陀螺仪的输出量，以规定时间内测得输出量 的平均值相应的等效输入角速度表示，单位为（⁰⁄h）。 （2）标度因数 陀螺仪输出量与输入量角速率的比值。 （3）零漂 又称零偏稳定性，它的大小值标志着观测值围绕零偏的离散程度， 单位为（⁰⁄h）。 （4）随机游走系数 由白噪声产生的随时间积累的输出误差系数，其量纲为⁰⁄√h，它反 映了光学陀螺输出随机噪声的强度。
塞格纳克(Sagnac)效应解释
用观测相对论解释塞格纳克效应塞格纳克（Sagnac ）在1913年发明了一种可以旋转的环形干涉仪，当在环路平面内有旋转角速度时，屏幕上的干涉条纹将会发生移动。
根据塞格纳克效应原理研制出的光纤陀螺仪已在航空、航天等领域得到广泛应用，然而对于塞格纳克效应并没有合理的、令人信服的解释，其实塞格纳克效应属于观测效应，下面我们从观测相对论角度给出合理的解释。
一、观测相对论观测相对论有六种观测者与目标的相对性关系，而与塞格纳克效应相关的情况有两种，分别如下： 一是观测者与目标初始距离为l ，同向移动，观测者在后、目标在前，如下图（1）.图（1）由图（1）可以得到等式：t v x o o =，''t v l x s s +=， 设光速为c ，可得：c t v t v l t c x x t t o s o s -+-=--='''，整理得：① ss o v c l t v c v c t +-++=' 二是观测者与目标初始距离为l ，同向移动，观测者在前、目标在后，如下图（2）.图（2）由图（2）可以得到等式： ''t v x s s =，t v l x o o +=设光速为c ，可得：c t v t v l t c x x t t s o s o '''-+-=--=，整理得：② ss o v c l t v c v c t ----=' ①式减②式，即为两种方式的时间差：③)()('ss o s s o v c l t v c v c v c l t v c v c t -----+-++=∆。
当v v v s o ==时，③式简化为：④222vc vl t -=∆，这个也就是塞格纳克效应时间差。
二、塞格纳克效应的解释以塞格纳克干涉原理制成的光纤陀螺仪，其原理如下图（3）。
首先将光源通过一个分光镜M ，将光分成两束，分别进入同一条光纤的A 、B 两端，两束分光分别顺行、逆行通过光纤，然后汇集到干涉屏上，当陀螺仪静时时，没有干涉，当陀螺仪以一个速度转动时，则产生干涉条纹。
基于Sagnac干涉仪光纤传感器干扰检测定位技术研究的开题报告
基于Sagnac干涉仪光纤传感器干扰检测定位技术研究的开题报告摘要：本文研究了基于Sagnac干涉仪光纤传感器的干扰检测与定位技术。
首先介绍了光纤传感器的基本原理和分类，以及Sagnac干涉仪的工作原理和优势。
然后探讨了常见的干扰类型及其对光纤传感器的影响，结合Sagnac干涉仪的神经网络算法提出了一种有效的干扰检测方法。
最后，设计并实现了一个基于Sagnac干涉仪的光纤传感器系统，并进行了干扰检测和定位实验。
关键词：Sagnac干涉仪，光纤传感器，干扰检测，定位，神经网络算法1. 研究背景随着科技的飞速发展，人们对于各种传感器的需求日益增长。
其中，光纤传感器因其具有高精度、抗干扰等优势，被广泛应用于各个领域。
然而，由于其工作原理的特殊性质，光纤传感器常常受到各种外界干扰的影响，导致传感器的测量精度、稳定性受到影响，甚至造成误报。
因此，如何有效地检测和定位干扰源，成为了光纤传感器研究中的重要问题。
Sagnac干涉仪是一种基于光纤的旋转传感器，具有高灵敏度、宽测量范围、高稳定性等优点，因此被广泛应用于惯性导航、地震勘探等领域。
近年来，人们开始将Sagnac干涉仪应用于光纤传感器中，利用其干涉原理完成光纤传感器的各种测量任务。
因此，本文选择Sagnac干涉仪作为研究对象，探讨了基于Sagnac干涉仪光纤传感器的干扰检测和定位技术。
2. 研究内容2.1 光纤传感器基本原理和分类本文首先介绍了光纤传感器的基本原理和分类。
光纤传感器是一种利用光纤传输光信号的传感器，其基本原理是根据光纤传输的光程差来进行测量。
光纤传感器根据其传感效应的不同可分为力传感器、温度传感器、压力传感器、位移传感器等。
2.2 Sagnac干涉仪的工作原理和优势之后，本文阐述了Sagnac干涉仪的工作原理和优势。
Sagnac干涉仪是一种旋转角度测量传感器，其工作基于光波在旋转光学非对称环路中传播；当系统受到旋转干扰时，系统测量信号将随之发生变化，从而实现旋转角度的测量。
基于Sagnac干涉仪的保偏光纤拍长测试技术_徐春娇
化参数; 搭建实验系统进行了实际测试. 实验结果和理论估计一致. 研究表明: 该技术操作方
便、测量可靠, 拍长测量精度可优于 0. 01mm.
关 键 词: 光纤光学; 干涉仪; 光纤传感器
中图分类号: TN 253
文献标识码: A
文 章 编 号: 1001-5965( 2010) 06-0753-04
度为
Lo = -KN LB eL / eK
( 15)
式中, eL , eK 分别为长度测量和波长测试的误差,
在此条件下, 测量误差为
$LBL = 2LB eL eK /-KN
( 16)
以一种典型情况为例, 即 LB 约为 2 mm, -KN 为 1 310 nm, 计算 可得: Lo 为 147. 8 mm, $LBL为 0. 009 6mm. 式 ( 16) 显示, LB 越 短, $LBL越小, 因 此这种拍长测量方法在低双折射高精度测量方面
光的琼斯矩阵可表示为
A cw ( K) =
12K A( K)
co sH sin H
( 2)
式中, K 为与光源有关的系数; H描述了注入光纤
环的光的偏振态. 保偏光纤等效为双折射器件, 其
传输矩阵为 [ 7]
M PMF =
ei2
Pn sL K
0
0 ei2PnKfL
( 3)
式中, nf, ns 分 别为 PM F 快、慢轴间的折射率; L 为被测 PM F 的长度. 为简化推导, 设光源为完全 非偏振且光在偏振控制器处等强度耦合, 则 H可
2010年 6月 第 36卷 第 6期
北京航空航天大学学报 Journa l o f Be ijing U nivers ity of A eronautics and A stronautics
迈克尔逊干涉仪实验误差定量分析及其他应用北航物理实验研究性实验报告
研究性物理实验报告迈克尔逊干涉仪实验误差定量分析及其他应用院（系）名称专业名称第一作者第二作者摘要迈克尔逊干涉仪是光学干涉仪中最常见的一种，是美国物理学家阿尔伯特•迈克尔逊于1881年为研究光速问题而精心设计的精密光学仪器，它利用分振幅法产生双光束以实现干涉，通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。
迈克尔逊干涉仪利用光的波长为参照，首次把人类的测量精度精确到纳米级，在近代物理学和近代计量科学中，具有重大的影响，更是得到了广泛应用，特别是20世纪60年代激光出现以后，各种应用就更为广泛。
用它可以高度准确地测定微小长度、光的波长、透明体的折射率等。
本文主要就利用迈克尔逊干涉仪测量激光波长的实验进行讨论，提出改进，并简要表述迈克尔逊干涉仪的其他应用。
关键字：干涉仪误差应用AbstractMichelson interferometer is one of the most common form of optical interferometer, which is designed by American physicist Michelson (AAMichelson) in 1881 to study the problem of the speed of light . It determines the small length, the wavelength of light and the refractive index of a transparent body with high accuracy. This article focuses on the use of laser wavelength Michelson interferometer experiment discussed and the specific circumstances of the experimental reflection and discussion.Keywords: quantitative ，inaccuracy ，applications目录摘要 (I)Abstract (II)1 实验原理 (1)1.1迈克尔逊干涉仪光路 (1)1.2点光源的非定域干涉 (1)2 实验仪器 (3)3 实验步骤 (3)3.1迈克尔逊干涉仪的调整 (3)3.2 点光源非定域干涉条纹的观察和测量 (4)3.3 实验注意事项 (4)4 数据处理 (4)4.1原始数据表格 (4)4.2数据处理过程 (5)4.2.1用逐差法计算及 (5)4.2.2计算不确定度 (5)4.2.3得出最终并给出相对误差 (5)5 讨论 (6)5.1误差来源分析 (6)5.1.1 常见误差来源 (6)5.1.2 圆环吞吐计数误差 (6)5.1.3空气折射率的变化引起实验误差 (7)5.2对于实验仪器改进的建议 (7)5.3 实验过程中遇到问题的解决 (8)5.4实验感想 (8)6 迈克尔逊干涉仪的其他应用 (8)6.1 引力波探测器 (8)6.2 非线性迈克耳孙干涉仪 (9)7 参考文献 (9)1 实验原理1.1迈克尔逊干涉仪光路迈克尔逊干涉仪的结构和光路入右图所示，图中M1和M2是在相互垂直的两臂上放置的一对精密磨制抛光的平面反射镜，其中M1是固定的；M2由精密丝杆控制，可沿臂轴前、后移动，移动的距离由刻度转盘(由粗读和细读2组刻度盘组合而成)读出。
基于Sagnac干涉仪光纤传感器干扰检测定位技术研究概要
北京交通大学硕士学位论文基于Sagnac干涉仪光纤传感器干扰检测定位技术研究姓名：贾俊申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：娄淑琴;刘艳20080501中文摘要摘要：Ｓａｇｎａｃ干涉型光纤传感器是光纤传感器中光相位调制型传感器，多用于物理旋转状态的测量，也用于时变信号的测量。
基于Ｓａｇｎａｃ干涉仪设计的光纤陀螺仪已被广泛应用于军事及商业上。
基于Ｓａｇｎａｃ干涉仪的光纤传感器在长距离、小泄露管道检测定位上有其明显的优势，同时也可应用在光纤围栏报警系统中，具有简单高效、安装便捷、维护简单、成本较低等优点。
本文在介绍了光纤传感器理论及技术和数据采集系统知识的基础上，主要针对Ｓａｇｎａｃ干涉仪原理以及Ｓａｇｎａｃ干涉仪单点定位原理及实验进行研究，得到了一些有效的信号分析处理方法。
获得的主要研究成果有：（１）研究了Ｓａｇｎａｃ干涉原理，推导出了光在折射率为ｎ的光路中传播时，萨格纳克效应产生的相位差与旋转角速度间关系。
（２）研究了基于虚拟仪器和ＰＣＩ总线的数据采集系统。
掌握了ＰＣＩ．１７１４数据采集卡的使用方法，并利用ＬａｂＶＩＥＷ语言进行了数据采集程序的编写。
（３）进行了Ｓａｇｎａｃ干涉仪单点干扰实验研究，采集实验中的传感信号，并对所采集信号进行分析、处理，研究了其定位实现原理，并对定位误差进行分析。
介绍了基于Ｓａｇｎａｃ干涉仪的传感系统在光纤围栏报警中的应用以及管道泄漏检测定位中的应用，对其存在的问题进行了分析及探讨。
（４）研究了Ｓａｇｎａｃ干涉仪单点干扰实验数据的频谱处理方法。
利用小波分析法获取频谱的近似部分，以获得零频点分辨率较好的频谱。
（５）研究了从Ｓａｇｎａｃ干涉仪单点干扰实验数据中获取零频值的方法。
提出了一种获取零频值的新方法，并进行编程实现，实现了干扰源定位的信号分析处理的关键步骤，该方法可推广到较广的应用范围。
关键词：光纤传感系统；Ｓａｇｎａｃ干涉仪；ＬａｂＶＩＥＷ：检测定位分类号：ＴＮ９２９ＡＢＳＴＲＡＣＴＡＢＳＴＲＡＣＴ：ＯｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒＳａｇｎａｅｓｅｎｓｏｒｓａｌｅｏｐｔｉｃａｌｐｈａｓｅ・ｍｏｄｕｌａｔｅｄｆｉｂｅｒｓｅｎｓｏｒｓａｎｄｈａｖｅｂｅｅｎｕｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｕｃｈａｓａｎｇｕｌａｒｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｔｉｍｅ－ｖａｒｙｉｎｇｓｉｇｎａｌｓ．Ｆｉｂｅｒ－ＯｐｔｉｃＧｙｒｏｓｃｏｐｅｂａｓｅｄｏｎＳａｇｎａｅＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｉｎｍｉｌｉｔａｒｙａｆｆａｉｒｓａｎｄｂｕｓｉｎｅｓｓ．ＯｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒＳａｇｎａｃＳｅｎＳＯｒｓｈａｖｅａｌｏｔｏｆａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｓｕｃｈａｓｅａｓｙｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ，ｓｉｍｐｌｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅａｎｄｌｏｗｅｒｃｏｓｔｓ，ａｎｄｈａｖｅｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｉｎｐｅｒｉｍｅｔｅｒｓｅｃｕｒｉｔｙｓｙｓｔｅｍ，ｐｉｐｅｌｉｎｅｌｅａｋａｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｌｏｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｔｈｉｓｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，ｆｉｒｓｔｌｙｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｅｎｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｈａｖｅｂｅｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＴｈｅｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＳａｇｎａｃＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒａｎｄｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｉｎＳａｇｎａｃＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｓｏｍｅｕｓｅｆｕｌｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｈａｖｅｂｅｅｎａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅｐｒｉｍａｒｙａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ：（１）ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＳａｇｎａｃＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｈａｓｅａｎｄａｎｇｕｌａｒｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｒｏｔａｔｉｏｎｉｓｏｂｔａｉｎｅｄａｓａｒｅｓｕｌｔｏｆＳａｇｎａｃＥｆｆｅｃｔ，ｗｈｅｎｔｈｅｌｉｇｈｔｐｒｏｐａｇａｔｅｓｉｎｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｗｈｅｒｅｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘｉｓｎ．（２）ＴｈｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｈｉｃｈｉｓｂａｓｅｄｏｎＶｉｒｔｕａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｎｄＰＣＩｂｕｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．ＡｄｖａｎｔｅｃｈＰＣＩ－１７１４ｉｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｗｉｔｈＬａｂＶＩＥＷｉｎｏｒｄｅｒｔｏｄｒｉｖｅｔｈｅＰＣＩ－１７１４ａｎｄａｃｑｕｉｒｅｓｅｎｓｉｎｇｓｉｇｎａｌ．（３）ＴｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅａｔａｐａｒｔｉｃｕｌａｒｐｌａｃｅａｌｏｎｇａＳａｇｎａｃＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｉｓｍａｄｅ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅａｃｑｕｉｒｅｄｄａｔａｉｓａｎａｌｙｚｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｏｎｉｔｏｒａｎｄｌｏｃａｔｅｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ．Ｔｈｅｅｒｒｏｒｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｎｔｈｅｍｅａｎｔｉｍｅ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｗｈｉｃｈｗｏｕｌｄｂｅｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．（４）Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｓｐｅｃｔｒｕｍｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｔｈｅａｃｑｕｉｒｅｄｄａｔａｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｐａｒｔｏｆｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍＣａｌｌｂｅａｃｈｉｅｖｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｄｉｓｃｒｅｔｅｗａｖｅｌｅｔｔｒａｎｓｆｏｒｍＳＯｔｈａｔｂｅｔｔｅｒｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｃａｎｂｅｇｏｔ．（５）Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｎｕｌｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅａｃｑｕｉｒｅｄｄａｔａｓｐｅｃｔｒｕｍｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｎｅｗｗａｙｔｏｇｅｔｔｈｅｎｕｌｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｋｅｙｓｔｅｐｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．ＡｎｄｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄＣａｎａｌｓｏｂｅｕｓｅｄｔｏａｗｉｄｅｒｒａｎｇｅｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＳｅｎｓｏｒ；ＳａｇｎａｃＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ；，ＬａｂＶＩＥＷ；ＤｅｔｅｃｔｉｏｎａｒｉｄＬｏｃａｔｉｏｎＣＬＡＳＳＮＯ：ＴＮ９２９Ｖ学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。
光纤陀螺的误差分析
光纤陀螺仪的误差分析目前光纤陀螺的研究和应用中还存在着一些关键技术需要作进一步的深入研究。
最突出的问题就是存在许多难以解决的误差源。
一、光纤陀螺仪的分类光纤陀螺按其光学工作原理可分为三类：1、干涉式光纤陀螺（IFOG）2、谐振式光纤头陀螺（RFOG）3、受激布里渊散射式光纤陀螺（BFOG）其中干涉式光纤陀螺技术已完全成熟并产业化，而谐振式光纤陀螺和受激式布里渊散射式光纤陀螺还处于基础研究阶段，尚有许多问题需要进一步探索。
所以这里主要探讨干涉式光纤陀螺的误差分析。
二、干涉式光纤陀螺原理干涉式光纤陀螺的主体是一个萨格奈克（Sagnac）干涉仪，由宽带光源（如超发光二极管或光纤光源）、光纤耦合器、光探测器、Y分支多功能集成光学芯片和光纤线圈组成，其原理基于萨格奈克效应：当陀螺旋转时，光纤线圈内沿顺时针和逆时针方向传播的两束广波之间产生一个与旋转角速率成正比的相位差：式中：R为光纤线圈的半径；L为光纤长度；为光源平均波长；c为真空中的光速。
图1 干涉式光纤陀螺的机构组成三、光纤陀螺的噪声来源由于环境及光纤陀螺本身的各种噪声源的影响，光纤陀螺输出信号中存在着各种随机误差项。
为了减少光纤陀螺的误差并提高其精度，需要对其进行性能评价，辨识出影响其精度的主要误差源，以便进一步采取措施消除相关的随机误差。
在实际系统中，萨格纳克效应非常微弱，构成光纤陀螺的每个元件都可能是噪声源，而且存在各种各样的寄生效应，它们都将引起陀螺输出漂移和标度因数的不稳定性，从而影响光纤陀螺的性能。
主要误差源1.光源噪声光源是干涉仪的关键组件，光源的波长变化、频谱分布变化、输出光功率的波动、返回光的干扰，都将直接影响干涉的效果。
另外，返回到光源的光直接干扰了它的发射状态，引起二次激发，与信号光产生二次干涉，并引起发光强度和波长的波动。
(1)光源的波长变化的影响可通过信号处理的方法加以解决。
若波长变化是由温度变化引起，则可直接测量温度而校正波长，否则，必须测量波长进行校正。
基于Sagnac光纤干涉的光缆识别技术研究
基于Sagnac光纤干涉的光缆识别技术研究【摘要】提出一种基于Sagnac光纤干涉的光缆快速准确无损伤识别方法，主要对干涉光路中激光器的类型、不同模式的输出光和延时光纤长度的选择进行了研究，通过数据采集卡采集振动信号，用LabView编写数据处理程序对输出信号进行处理，对各个参数进行实验确定。
【关键词】光纤识别;Sagnac光纤干涉;宽带激光器;延时光纤1.引言随着信息时代的到来，图像、视频等信息的传送量呈爆炸性增长，光纤作为通信介质有着容量大、衰减小、抗电磁干扰能力强等优点得到了大量应用。
然而，光缆监测和管理仍存在着监测工作量大、测试时间长、故障点定位不够准确等问题[1]，因此，光缆识别困难的问题也随之产生。
目前，光缆识别方法主要有4种：人工拽拉法、光功率测试法、射频法以及光时域反射法。
这四种方法各有优缺点：人工拽拉法笨拙而且极耗费时间;光功率测试法精度低而且不能准确定位;射频法是在光缆外覆有储存芯片的无源射频电子智能标签带层[2]，这种方法工艺复杂且成本高;光时域反射法是利用光的菲涅耳反射原理，接收反向散射光，利用距离和时间的关系探测出不同距离的散射光强来定位光纤缺陷位置而进行光缆识别，这种方法应用比较广泛，但探测过程中需要对光缆进行弯曲或冻结，容易对光缆造成损伤，而且成本较高。
本文研究了一种方便的、无损伤的光缆识别方法。
该方法不需要切割、弯曲、冻结光缆，极大地减少了光纤网络管理、维修和保养的时间和费用。
用户可以很轻松地通过轻轻敲击光缆来找到目标光缆。
2.光缆识别原理本文所研究的光缆识别方法是基于白光干涉测量原理实现的，即用宽带低相干光源作为干涉系统的光源，属于干涉型测量仪。
干涉型传感器是用被测量对光信号的相位进行调制，利用相干解调的方法即可得到被测量的信息，通过探测器转换为强度信号，从中提取被测信息。
这种传感器是对光信号的相位进行调制，调制后的信号不会由于测试信号强度的波动而受到影响，具有较高的测量分辨率和较好的测试重复性。
干涉式测向方法的误差的产生分析及消除
⼲涉式测向⽅法的误差的产⽣分析及消除2019-04-26摘要：⼲涉式测向⽅法简介，从测向原理、造成误差的原因多⽅⾯进⾏了深⼊剖析，对于⼲涉式测向产⽣的误差问题，采⽤天线转换连接、增加校正参数的⽅法，验证后获得较好的结果，能够在⼯程实现上解决测向存在的误差。
关键词：⼲涉式测向；伪距测量；基线测量；误差消除⼲涉式测向作为⼀种精确的⽆线电测向⽅法，⼴泛应⽤在军事、科研领域。
利⽤统⼀发射源发射信号，到接收终端统⼀天线阵中两根接收天线的时间差，和这两根天线之间的间距，通过三⾓公式求解，进⽽得到相对⾓，实现相对定位。
1 ⼲涉式测向原理⼲涉式测向原理图如图1所⽰，设两天线的间距为d，以天线连线⽅向为⽅位基准。
当被测⽬标发射源远离测向系统时（天线R0远⼤于d），及发射源到两个测向天线传播⽅向近似于平⾏，两个测向天线接收的⽬标回波路径差ΔR与⽅向⾓θ、基线长度d的关系为ΔR=R2—R1=d sin θ（1）sin θ=■θ=arcsin■式中：ΔR—⽬标回波分别到达两天线的距离差；R2—⽬标到测向天线2的距离；R1—⽬标到测向天线1的距离。
则θ值可以得出，θ即为两根测向天线连线垂线与⽬标点之间夹⾓。
⼲涉式测向原理是依靠测量⽬标到两测向天线的路径差ΔR，达到测量⽬标⽅向⾓的⽬的。
2 ⼲涉式测向的误差分析⼲涉式测向根据原理分析可能引起测向误差的原因有如下⼏点：（1）伪距测量误差⼲涉式测向的根本在于准确测量⽬标点到两根测向天线的路径差ΔR，及准确测量两根天线接收到的⽬标点发射信号的时间差Δt，根据下式：ΔR=cΔt（c为⽆线电波在空⽓中的传播速度，近似为3×105 km/s）；在接收机中以测向天线1所接收到的信号时刻t1计算，接收机时钟在t时刻产⽣⼀个相同的编码测距信号，这个复现的码在时间上移动，⼀直到与测向天线2收到的测距码产⽣相关为⽌，则两根测向天线接收到的测距码和接收机产⽣的复现码相关过程的时间差即为Δt。
sagnac光纤干涉仪误差分析
sagnac光纤⼲涉仪误差分析《光纤光学》⼤作业题⽬：sagnac光纤⼲涉仪误差分析学号：姓名：Sagnac光纤⼲涉仪最典型的应⽤是光纤陀螺，由于其具有灵敏度⾼体、积⼩且⽆转动部分的优点，受到⼴泛的关注。
在由同⼀光纤绕成的光纤圈中沿相反⽅向前进的两光波，在外界因素作⽤下产⽣不同的相移。
通过⼲涉效应进⾏检测，就是sagnac光纤⼲涉仪的基本原理。
它的误差来源主要有五个。
⼀闭锁效应；⼆是互易性和偏振态；三是偏置和相位调制；四是光⼦噪声；五是寄⽣效应。
下⾯逐个对其进⾏介绍。
⼀、基本原理下图是sagnac光纤⼲涉仪的原理图。
⽤⼀长为L的光纤，绕成半径为R的光纤圈。
从激光器1发出的激光束由分束镜分成两束，分别从光纤两个端⾯输⼊，再从另⼀个端⾯输出。
两输出光叠加后将产⽣⼲涉效应，此⼲涉光强由光电接收器2检测。
当环形光路相对于惯性空间有⼀转动Ω时，（设Ω垂直于环路平⾯），则对于顺、逆时针传播的光，将产⽣⼀⾮互易的光程差4ALC=Ω式中A:光路所包含⾯积; C:光在真空中的速度;。
当环形光路是由N圈单模光纤组成时，对应顺，逆时针光程差为8NAcπλ=Ω式中，λ是真空中的波长。
⼆、误差来源1）闭锁效应由于激光介质的⾊散、模式牵引和反射镜等光学元件对光束的后向散射等原因，有源环形腔内正、反向⾏波的频率接近到⼀定程度时，将突然变成完全⼀样，即存在⼀个可能达到的最⼩频差X，⼀旦频差⼩于X，就将变为0.因此当输⼊转速⼩到⼀定程度时，有源环形腔内正、反向⾏波模对的频率将趋于完全相同。
上述现象即为激光陀螺进⼊锁区，此区域内输⼊转速不被敏感。
缩⼩锁区、消除锁区及采⽤各种偏频⽅法克服锁区的影响是激光陀螺最为关键的技术。
2）互易性和偏振态为精确测量，需使光路中沿相反⽅向⾏进的两束相⼲光，只有因转动引起的⾮互易相移，⽽所有其他因素引起的相移都应互易。
这样所对应的相移才可抵消，⼀般是采取同光路、同模式、同偏振的三同措施。
3）偏置和相位调制⼲涉仪所探测到的光功率为)1()21(0??+=COS P P D 式中，P 0为输⼊的光功率；??为待测的⾮互易引起的相位差。
光纤陀螺仪误差分析与补偿
美国的AIM一120B／C型中距空空导弹，AGM一142空地导 弹都采用LN200光纤陀螺惯性测量组件。LN一200采用的 光纤陀螺，它与微硅加速度计一起构成的整个惯性测量 组合。
2004 年1月26日，美国的“勇气”号和“机遇”号探测 车经过7个月飞行后成功登陆火星，所用的导航系统为诺斯罗 普·格鲁门公司生产的光纤陀螺导航系统。该系统提供了飞船 飞行中姿态测量所需的线加速度和角加速度信息；确定了飞船 进入火星大气层缓慢降落和着陆伞最佳打开时机；提供了火星 探测车在火星陆地表面运动过程中姿态、速度信息和探测车上 高增益天线的定位。
光 纤 捷 联 惯 性 导 航 系 统
参考文献
[1]邓志红，付梦印，张继伟，肖烜. 2012. 惯性器件与惯性导航系统[M]. 北京：科学出版社. [2]Herve C．Lefevre．光纤陀螺仪[M]．张桂才，王巍，译． 北京： 国 防工业出版社，2002 [3]吉云飞，黄继勋. 光纤陀螺仪预滤波技术研究及应用[J]. 导航与控制. 2011.10(2):34-38. [4]董庆亮，杨建宇. 光纤陀螺仪及其在海洋重力仪中的应用[J].测绘时空. 2011.2 . [5]王巍，杨清生，王学锋. 光纤陀螺的空间应用及其关键技术[J]. 红外 与激光工程. 2006. Vol.35. No.5: 510-512. [6]杨亭鹏，刘星桥，陈家斌. 光纤陀螺仪(FOG)技术及发展应用[J]. 火 力与指挥控制. 2004 .29(2):76-79. [7]顾宏. 高精度光纤陀螺仪及其关键技术研究. 南开大学博士学位论文. 2008. [8]毛奔，林玉荣. 惯性器件测试与建模[M]. 哈尔滨工程大学出版社. 2009.
5）抑制光电检测器及电路的噪声 ；
6）提高FOG的环境适应性 ；
迈克尔逊干涉仪实验报告,误差分析
迈克尔逊干涉仪实验报告,误差分析物理实验迈克尔逊干涉仪实验误差分析及结果讨论实验总结：1．在实际测量中，出现了一下情况：随测量次数的增多，圆心位置发生了变化，这种现象是与理论相悖的，原因是由于M1与M2’未达到完全平行或调整仪器时未调整好，而且圆心偏移速度越快越说明M1与M2’平行度越差。
2．在测量完第一组数据后，反向旋转时会在旋转相当多圈后才会出现中心圆环的由吞吐变吐，这个转变不是立即就完成的，这是因为仪器右侧的旋钮为微调旋钮，使用它对干涉仪的性质改变影响较小，故有吞变吐需要旋转相当一段时间，此时应旋转中部大旋钮，再使用微调，但不要忘记刻度盘调零。
3．两组数据所测得的结果相差较大，这可能是由于测量过程的误差或操作失误所引起的，应尽量避免。
4．实验中还观察到许多现象，如M1上出现很多光斑，其中有亮有暗，同心圆的粗细和疏密变化等等。
但由于理论知识的缺乏，我们尚无法给出上述问题的完美解释，需要我们进一步的学习与探索。
一进行分析讨论。
从数据表格可以看到，在误差允许范围内，测量波长与理论波长一致，验证了这种测试方法的可行性。
误差分析：①实验中空程没能完全消除；②实验对每一百条条纹的开始计数点和计数结束点的判定存在误差；③实验中读数时存在随机误差；④实验器材受环境中的振动等因素的干扰产生偏差。
3)实验结果：经分析，当顺时针转动旋钮时，“吐”出圆环，此时测得一波长，当逆时针转动旋钮时，“吞”出圆环，此时亦测得一波长。
将二者取平均值得测得光的波长：，P=0.95。
5.一个迈克尔逊实验，不但让我领悟到迈克尔逊设计干涉仪的巧妙和智慧，也更让我知道了做实验要有耐心和恒心，哪怕实验再麻烦，也必须坚持不懈，注重细节，这样才能真正地把实验做2.1、为什么白光干涉不易观察到？答：两光束能产生干涉现象除满足同频、同向、相位差恒定三个条件外，其光程差还必须小于其相干长度。
而白光的相干长度只有微米量级，所以只能在零光程附近才能观察到白光干涉。
干涉仪测向系统误差分析
图 １ 波长 测 量 误 差 对 不 同 频 率 的 影 响 ２２ 线 长度 的选择 ．基 选择合适的基线 长度在干涉仪测向 中非常重要 ： 面基 线太 一方 长， 测向误差很小 ， 但会引起多方位 、 多频率的测 向模糊 ； 另一方面 基线太短 ， 相位误差增大 ， 而且互耦 影响加大 。 我们既不能 因其小巧 轻便就 一味追捧窄孑径的测向天线 ， Ｌ 也不能错误地认为测 向天线的 孔径越 宽越好 。 对 于工作频段较窄 的测 向天线 ， 实现宽孔径的要求容易满足 。 相位 噪声误差和相位 失衡 误差三种误差 造成 的。 而对于工作频段 较宽 的测 向天线 ， 却难 以满足整个频段都是宽孔径 测量误差 ， 由于现在 的Ａ／ Ｄ器件的位数 可以做的很高 ， 很容 易选 到满足 的要求 。 即使 称之为宽孔径 的测 向天 线， 仅在工作频率 的高端 是宽 使用要求的Ａ／ 器件 ， Ｄ 因此 由量化误差 引起的相位测量误差的影响 孑径 的 ， Ｌ 而在 工作频率 的低端是窄孔径 的。 通常可 忽略不计 。 ２２ １基线 选 择 过短 的直接 影 响 ．． 相 位干涉仪测向系统的测 向精度与接收信号的信噪 比有很大 因为 受 到两方 面 的制 约 ， 只单 纯讨 论基 线 长度 和波 长 比值
通信 技术
术 一 用
干涉仪测向系统误差分析
李华龙
（ 中电科技集 团５ 所 河北石家庄 ００ ８） ４ ５０ １
摘 要 ： 文根 据 干 涉仪 测 向 系统 的测 向原 理 ， 本 对基 线 的选 择进 行 了分析 ， 出 了影响 测 向结果 的 各项 因素 。 列 分析 了在 试验 条 件 允许 的情 况下， 增加 目标和 测 向 系统 间距 离 ， 有 助 于从 多个方 面减 小测 向误 差 ， 出了减 小测 向误 差 、 高测 向精 度 的 方法 ， 得 了 良好 的试验 结 果 。 将 提 提 取
Sagnac干涉仪的若干问题和光源控制研究的开题报告
Sagnac干涉仪的若干问题和光源控制研究的开题报告一、Sagnac干涉仪的若干问题1. 什么是Sagnac干涉仪？Sagnac干涉仪是一种测量旋转角速度的仪器，在惯性导航、陀螺仪等领域有广泛的应用。
2. Sagnac干涉仪的原理是什么？Sagnac干涉仪的原理是基于Sagnac效应，即当光通过一个环形路径时，如果该环形路径沿着旋转方向移动，那么光程差会发生变化，从而产生干涉条纹。
3. Sagnac干涉仪的优劣势有哪些？Sagnac干涉仪的优势在于高精度的旋转测量，测量范围广，且不受地球自转的影响。
劣势在于占用空间较大且容易受到环境因素的干扰。
4. Sagnac干涉仪的应用领域有哪些？Sagnac干涉仪广泛应用于惯性导航、陀螺仪、光纤陀螺等领域。
二、光源控制研究的开题报告1. 研究背景与意义在精密测量技术和通信技术等领域中，光源的控制是非常重要的一环。
在测量中，光源的稳定性和准确性会直接影响到测量结果的可靠性和精度；在通信中，光源的控制也会影响到通信的质量和稳定性。
因此，对光源的控制研究具有重要的意义。
2. 研究内容和方法本课题旨在研究光源的控制方法，主要包括以下内容：（1）建立光源控制装置，包括光源的选择、功率控制和波长调节等。
（2）探究光源功率控制的方法，分别研究闭环控制和开环控制两种方法的优缺点，以及其在不同应用场景中的适用性。
（3）研究光源波长的调节方法，包括温度控制、SPA控制、PID控制等，并探索不同方法在控制稳定性和精度方面的优缺点。
（4）通过实验对各种控制方法进行验证和评估，考察不同控制方法的控制性能和适用性。
3. 研究意义和预期结果通过本课题的研究，可以提高光源的稳定性和控制精度，为精密测量技术和通信技术等领域中的光源控制提供技术支持。
预计达到以下预期结果：（1）建立一套适用于不同应用场景的光源控制装置，包括光源的选择、功率控制和波长调节等；（2）评估不同控制方法的性能，提出适用于不同需求的控制方案；（3）验证和评估各种控制方法的实际性能，为光源控制技术的进一步发展提供参考。
干涉式光纤陀螺中Shupe效应与Sagnac效应的分离
干涉式光纤陀螺中Shupe效应与Sagnac效应的分离周柯江;胡国栋;刘树俊;胡科可【摘要】热引入的零偏漂移即Shupe 效应是提高光纤陀螺精度面临的最大难题。
基于Shupe效应与光纤陀螺的Sagnac效应具有本质的不同特性，即Sagnac效应引起的相移只与几何尺寸有关，而与光传播的介质特性无关，提出了一种新型的不受温度梯度影响的光纤陀螺。
利用两个偏振模式在光纤陀螺环中交替或同时传播可以将Sagnac相移与Shupe误差相移分离开来，基于两种偏振模式分时传播实验，初步验证了该理论的可行性。
并且提出了一种新型的偏振交替干涉式光纤陀螺模型以改进其性能。
%Thermally-induced bias drift,i.e. Shupe effect is one of the challenges that improve the accuracy of inter-ferometric fiber-optic gyroscope (IFOG). A thermally-bias-free scheme for an IFOG is presented,which is based on the different characteristic between the Sagnac effect and the Shupe effect that the Sagnac phase is related only to geo-metric layout of the sensing loop and is independent of the medium’s characteristic of light propagation. This paper exploits light propagations along two eigen-axes of the polarization maintaining fiber of IFOG to separate the rotation phase from the error phase. An experiment is designed based on two polarization mode propagates alternately in the sensing loop,and the feasibility of the theory is preliminarily verified. Meanwhile a detection scheme is also proposed that polarization mode changes alternately to improve the thermal performance of fiber optic gyroscope.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P429-432)【关键词】Shupe效应;Sagnac效应;干涉式光纤陀螺【作者】周柯江;胡国栋;刘树俊;胡科可【作者单位】浙江大学信息与电子工程学系，浙江杭州310027;浙江大学信息与电子工程学系，浙江杭州310027;浙江大学信息与电子工程学系，浙江杭州310027;浙江大学信息与电子工程学系，浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TN253;V241.5干涉式光纤陀螺(IFOG)是一种基于Sagnac效应用来测量干涉光路之间相位差变化的光纤干涉仪。
基于光纤Sagnac干涉仪的高精度宽谱光源平均波长测量技术
第31卷第1期仪器仪表学报V ol.31 No. 1 2010年1月Chinese Journal of Scientific Instrument Jan. 2010 基于光纤Sagnac干涉仪的高精度宽谱光源平均波长测量技术徐宏杰，刘海锋，张春熹，罗永锋（北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191）摘 要：精确测量宽谱光源平均波长对研制高精度光纤陀螺具有重要意义。
提出了一种高精度宽谱光源平均波长测量方法。
采用全保偏Sagnac环形干涉仪实现宽谱光信号的干涉，采用微弱相位信号检测技术实现光波长信息的提取。
推导出了宽谱光平均波长的数学模型，提出了光路设计方案和信号处理方案，提出了不敏感Sagnac效应的四态方波偏置调制单边解调的波长检测算法。
精度分析表明该方案可以实现高精度的宽谱光源平均波长测量。
设计了基于FPGA的微弱信号检测电路实现±π/2 ±3π/2四态方波偏置调制单边解调加闭环反馈算法，验证了该测量方法的可行性。
关键词：宽谱光源；平均波长；光纤陀螺；标度因数中图分类号：TP212.14文献标识码：A国家标准学科分类代码：510.20High precision measurement of broadband optical wavelength based on fiberoptic sagnac interferometerXu Hongjie, Liu Haifeng, Zhang Chunxi, Luo Yongfeng(School of Instrument Science & Optoelectronics Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China)Abstract：Precise measurement of broadband optical signal wavelength is important for high precision FOG. A method of high precision measurement of broadband optical signal average wavelength is promoted. Based on the theory, an optical interferometer is designed; the signal processing solution and detection algorithm are promoted. The precision of the solution is proved to be high. A weak signal detection circuit is designed to realize the algo-rithm. Experiment result indicates the solution is feasible.Key words：broadband optical source; average wavelength; fiber optic gyroscope; scale factor1引 言精确测量宽谱光源平均波长对研制高精度光纤陀螺具有重要意义，除用光谱仪测量外，目前还没有专业用来测宽谱光源平均波长的技术。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《光纤光学》大作业
题目：sagnac光纤干涉仪误差分析
学号：
姓名：
Sagnac光纤干涉仪最典型的应用是光纤陀螺，由于其具有灵敏度高体、积小且无转动部分的优点，受到广泛的关注。
在由同一光纤绕成的光纤圈中沿相反方向前进的两光波，在外界因素作用下产生不同的相移。
通过干涉效应进行检测，就是sagnac光纤干涉仪的基本原理。
它的误差来源主要有五个。
一闭锁效应；二是互易性和偏振态；三是偏置和相位调制；四是光子噪声；五是寄生效应。
下面逐个对其进行介绍。
一、基本原理
下图是sagnac光纤干涉仪的原理图。
用一长为L的光纤，绕成半径为R的光纤圈。
从激光器1发出的激光束由分束镜分成两束，分别从光纤两个端面输入，再从另一个端面输出。
两输出光叠加后将产生干涉效应，此干涉光强由光电接收器2检测。
当环形光路相对于惯性空间有一转动Ω时，（设Ω垂直于环路平面），则对于顺、逆时针传播的光，将产生一非互易的光程差
4A
L
C
∆=Ω
式中A:光路所包含面积; C:光在真空中的速度;。
当环形光路是由N圈单模光纤组成时，对
应顺，逆时针光程差为
8NA
c
π
ϕ
λ
∆=Ω式中，λ是真空中的波长。
二、误差来源
1）闭锁效应
由于激光介质的色散、模式牵引和反射镜等光学元件对光束的后向散射等原因，有源环形腔内正、反向行波的频率接近到一定程度时，将突然变成完全一样，即存在一个可能达到的最小频差X，一旦频差小于X，就将变为0.
因此当输入转速小到一定程度时，有源环形腔内正、反向行波模对的频率将
趋于完全相同。
上述现象即为激光陀螺进入锁区，此区域内输入转速不被敏感。
缩小锁区、消除锁区及采用各种偏频方法克服锁区的影响是激光陀螺最为关键的技术。
2） 互易性和偏振态
为精确测量，需使光路中沿相反方向行进的两束相干光，只有因转动引起的非互易相移，而所有其他因素引起的相移都应互易。
这样所对应的相移才可抵消，一般是采取同光路、同模式、同偏振的三同措施。
3） 偏置和相位调制
干涉仪所探测到的光功率为
)1()2
1(0ϕ∆+=COS P P D 式中，P 0为输入的光功率；ϕ∆为待测的非互易引起的相位差。
可见对于慢转动（即小ϕ∆），检测灵敏度很低。
为此，必须对检测信号加一个相位差偏置b ϕ∆，其偏置量介于P D 的最大值和最小值之间。
如下图所示
4）光子噪声
在Sagnac 光纤陀螺中，各种噪声甚多，大大影响了信噪比S/N ，一次这是一个必须重视的问题，其中光子噪声属基本限制。
噪声的大小与入射到探测器上的光功率有关。
现按直流偏置计算其大小。
在时间T 内探测器上收到的平均光子数为
02P T N hv =
其标准偏差按泊松分布σ=
r ms N σ
ψ∞∆== 式中1B =为接收器带宽。
5）寄生效应的影响
（1）直接动态效应：
作用与光线上的温度及机械应力，会引起光纤中传播常数和光线的尺寸变化，这 在接收器上引起相位噪声。
互易定理只适用于是不变系统，若扰动元对系统中点对称，则总效果相消。
因此应尽量避免单一扰动元靠一端，并应注意光纤圈的绕制技术。
(2)反射及Rayleigh背向散射：
由于光纤中产生的Rayleigh背向散射，以及各端面的反射会在光纤中产生次级波, 它们与初级波会产生相干叠加，这将在接收器上产生噪声。
下图为回路中主波和反射波示意图。
(3)Faraday效应：
在磁场中的光纤圈由于Faraday效应会在光纤陀螺中引起噪声：引入非互易圆双折射（光震动的旋转方向与光传播方向有关），叠加在原有的互易双折射上。
这影响的大小取决于磁场的大小及方向。
例如，在地磁场中，其效应大小为10º/h。
较有效地消除办法是把光纤系统放在磁屏蔽盒中。
（4）光Kerr效应：
光Kerr效应是由广场引起的材料折射率变化。
在单模光纤中这意味着导波的传播常数时光波功率的函数。
在光纤陀螺的情况下，对于熔石英这种线性材料，当正、反两列广播的功率差10nW时，就足以引起（对惯性导航）不可忽略的误差。