【摘 要】
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谐振型光纤陀螺（RFOG）是一种高精度的角速度传感器,与传统的干涉式光纤陀螺（IFOG）相比,RFOG使用更短的光纤环即可实现与IFOG相同的检测精度,因此在小型化和集成化方面具有明显的优势。但是谐振式光纤陀螺至今并未完全推广到实际应用中,其主要受限于陀螺输出信号的信噪比较低。本论文工作主要围绕谐振型光纤陀螺信噪比提升技术的研究展开。相关研究工作可以概括为以下几个部分:（1）阐述了RFOG中瑞利背
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谐振型光纤陀螺（RFOG）是一种高精度的角速度传感器,与传统的干涉式光纤陀螺（IFOG）相比,RFOG使用更短的光纤环即可实现与IFOG相同的检测精度,因此在小型化和集成化方面具有明显的优势。但是谐振式光纤陀螺至今并未完全推广到实际应用中,其主要受限于陀螺输出信号的信噪比较低。本论文工作主要围绕谐振型光纤陀螺信噪比提升技术的研究展开。相关研究工作可以概括为以下几个部分:（1）阐述了RFOG中瑞利背散射噪声的来源以及其对陀螺输出的影响。理论上解释了两类瑞利背散射噪声的抑制过程。通过搭建自外差光路,调节加载到相位调制器上的调制电压幅度,准确测量了两路相位调制器的半波电压及最大载波抑制比。基于单相位调制方案进行了零偏测试,零偏测试结果表明,在两路相位调制器皆达到最大载波抑制比时能有效抑制谐振式光纤陀螺中的瑞利背散射噪声。并通过载波抑制观测实验,验证了在双相位调制方案下,两个分相位调制器的载波抑制比可以叠加。实验结果表明两种相位调制方案在单路具有相同载波抑制比下,双相位调制方案对调制电压精度要求更低。最后根据受激布里渊背散射和瑞利背散射的损耗特性的不同,通过搭建背散射观测光路,调节入腔功率观察信号光谐振谱谐振深度的变化,确定了入腔功率阈值,当入腔功率低于该阈值时即可保证腔内不产生受激布里渊背散射,实现受激布里渊背散射噪声的抑制。（2）在偏振噪声的抑制方面,基于琼斯矩阵光学理论建立了FRR（Fiber Ring Resonator）的偏振分析模型,并通过仿真模拟了FRR中偏振串扰对谐振曲线产生的影响。通过求解环形谐振腔内单次渡越传输矩阵的特征值,在理论上证明了环形谐振腔内单点90°和双点90°两种特殊熔接方案皆能提升FRR的温度稳定性减小腔内的偏振串扰。设计了一套测试系统能同时将环内单点90°熔接以及环内双点90°熔接与环内单点0°熔接的FRR对照,进行温度稳定性测试实验。温度实验数据表明与环内单点0°熔接的FRR相比,环内单点90°熔接的FRR温度稳定性提高了4645倍;环内双点90°熔接的FRR温度稳定性提高了247倍。分析了两种熔接方案在搭载反射式谐振腔的RFOG中抑制偏振噪声的可行性,分析结果表明腔内单点90°熔接是一种更优的方案。通过零偏测试实验,验证了单点90°熔接方案能有效抑制RFOG中的偏振噪声。（3）从提高陀螺系统的有效信号即放大腔内渡越信号光提升谐振曲线的谐振深度方面出发。在无源谐振腔中引入一段EDF构成有源腔,介绍了有源谐腔的工作原理并对其建立了简易的数学模型,基于该模型对有源腔输出的谐振曲线的特性进行了分析与仿真。然后分析了耦合器相关参数对有源谐振腔特性的影响,得出了实际搭建有源谐振腔时耦合器参数的选取原则。最后对手工搭建的有源腔进行了测试,实现了FRR输出谐振曲线的谐振深度从0.19到1之间连续可调谐的变化,谐振深度为1时精细度为32。该有源谐振腔相较于传统手工搭建的无源谐振腔在提升陀螺系统的标度因数方面存在巨大优势。基于以上研究基础,搭建了实验室陀螺样机,并对该样机进行了性能测试。测试结果为:样机系统标度因数为9.1732/（°/h）,1小时内零偏稳定性为18.9°/h（积分时间为100秒）。
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