高斯型掺铒光纤光源设计及研究

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光纤陀螺仪是一种新型的光学传感器,已成为惯性技术领域的主流仪表。光源作为光纤陀螺仪的发信装置,其性能的优劣对于光纤陀螺仪的测量精度具有很大的影响。目前高精密度光纤陀螺中普遍采用1550 nm波段的掺铒光纤光源,但由于掺铒光纤的自然荧光谱在C波段呈现出“双驼峰”结构,影响了光纤陀螺的测量精度。因而,在制作掺铒宽带光纤光源时,应该对光源的荧光谱整形。高斯型谱掺铒光纤光源,与常用的平坦谱光源相比,由于其光谱对称性较好,因而谱稳定性受环境温度变化和泵浦功率波动的影响较小;同时,其自相干度更低、相干长度更短,能有效减小光纤陀螺的相位误差,因此它更适合应用在高精度光纤陀螺中。本文针对干涉式光纤陀螺仪所用光源,对高斯型谱掺铒光纤光源展开了相关的探究,主要包含如下内容:首先,对掺铒光纤光源的理论基础进行了介绍,通过光源的典型结构和泵浦方式的比较分析,设计了双级单泵浦的光源结构,并采用OptiSystem软件仿真研究了谱型调整的主要影响因素;根据泵浦源的控制原理,设计了泵浦源的驱动与控制电路方案并进行了电路测试。其次,依据光源仿真得到的结论,通过优化两级掺铒光纤的长度,实现了具有9.8mw输出光功率、10.6 nm光谱宽度和1560.2 nm平均波长的高斯型掺铒光纤光源,并对该光源分别进行了常温和变温测试。最后,采用所实现的高斯型掺铒光纤光源和三轴集成式光纤陀螺仪组装了测试样机,并进行了陀螺的静态测试和变温标度因数稳定性测试;在百摄氏度温变条件下,通过对采用高斯谱光源和平坦谱光源的陀螺样机标度因数对比测试,证明了高斯型光源可以提高陀螺仪的标度因子稳定性。
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