光纤陀螺的发展与现状教学PPT光纤陀螺与高科技战争.ppt

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1、光纤陀螺与高科技战争,哈尔滨工程大学自动化学院导航技术与设备研究所,第二章 光纤陀螺的发展与现状,2.1 国外发展及现状,光纤陀螺与高科技战争,2.2 国内发展及现状,2.3 光纤陀螺的发展趋势,2.4 光纤陀螺对国防的重要意义,光纤陀螺与高科技战争,2.3 光纤陀螺的发展趋势,1、光纤陀螺调制解调技术,开环检测方案,光纤陀螺与高科技战争,2.3 光纤陀螺技术的发展,闭环检测方案,采用声光调制器的闭环结构,光纤陀螺与高科技战争,采用集成光学器件的数字闭环技术,光纤陀螺与高科技战争,2、光纤陀螺建模技术,光路模型控制电路数学模型温度补偿模型,光纤陀螺与高科技战争,3、光纤陀螺的噪声处理技术,光纤

2、陀螺系统中包含了各种噪声，主要来源于光路和电路,光路噪声,光源：波长、功率,耦合器：分光比,Y波导：分光比、调制非线性,光纤环：偏振耦合,光电探测器：热噪声,光纤陀螺与高科技战争,电路噪声,前置放大器：热噪声,模数转换器：量化噪声,数模转换：量化噪声,电路串扰,光纤陀螺与高科技战争,噪声处理技术,软件降噪技术,电路降噪技术,光纤陀螺与高科技战争,软件降噪技术,软件实现的数字滤波器,自适应滤波器,FIR,IIR,光纤陀螺与高科技战争,硬件降噪技术,模拟滤波器光路和电路配置方案,光纤陀螺与高科技战争,硬件降噪技术,光纤陀螺与高科技战争,4、光纤陀螺小型化技术,光源共享技术,光源、光电探测技术,三轴

3、共用一个光源，调制器、分束器和探测器集成模块,光纤陀螺与高科技战争,2.4 光纤陀螺对国防的重要意义?,光纤陀螺对国防的有哪些重要意义呢？,第三章 光纤陀螺原理与关键技术,3.1 光纤陀螺的工作原理,光纤陀螺与高科技战争,3.2 光纤陀螺的种类,3.3 光纤陀螺的关键技术,3.4光纤陀螺的性能参数,3.1 光纤陀螺的工作原理,光纤陀螺与高科技战争,光纤,光纤(Optic fiber)是光导纤维的简称利用光的全反射原理将光波能量约束在其界面内 纤的基本特性包括结构特性、光学特性、传输特性和环境特性。,光纤陀螺与高科技战争,光纤,光纤的结构,光纤陀螺与高科技战争,光纤,光纤的分类,按光纤横截面上的

4、折射率分布分类,均匀光纤,非均匀光纤,(阶跃型光纤),(梯度型光纤),光纤陀螺与高科技战争,光纤,光纤的分类,光纤陀螺与高科技战争,光纤,光纤的分类,按光纤的输出 总模数分类,单模光纤:理论上只传输一种模式,多模光纤：可传输多种模式,纤芯直径:410,纤芯直径:5075,光纤陀螺与高科技战争,光纤,光纤的分类,按光纤的材料 成分分类,石英光纤,塑料包层石英纤芯,多组分玻璃纤维纤芯,全塑光纤,光纤陀螺与高科技战争,光纤,光纤的分类,按工作波长分类,短波长光纤,长波长光纤,光纤陀螺与高科技战争,光纤,光纤的导光原理,分析光纤导光 原理的方法,射线法,波动理论法,光线是一条几何直线,光线是一条电磁波

5、,光纤陀螺与高科技战争,光纤,光纤的导光原理,数值孔径 NA,光纤的光学参数,相对折射率差,光纤陀螺与高科技战争,相对折射率差,对于阶跃型光纤，假设 是包层折射率，是纤芯折射率，且，和 的差值大小直接影响光纤的性能。故引入相对折射率差表示其相差程度：对于通信光纤，上式简化成为对于渐变型光纤，若轴心处（r=0）的折射率为,则相对折射率差定义为,光纤陀螺与高科技战争,数值孔径 NA,对于阶跃型光纤，当光线在纤芯与包层界面上发生全反射时，光波在纤芯中传播轨迹为折线，相应的端面入射角记为光纤波导的孔径角（或端面临界角）。即只有光纤端面入射角大于的光线才能在光纤中传播，故光纤的受光区域是一个圆锥形区域，

6、圆锥半锥角的最大值就等于。为表示光纤的集光能力大小，定义光纤波导孔径角的正弦值为光纤的数值孔径（NA），即：,光纤陀螺与高科技战争,由于，上式简化成为可见，光纤的数值孔径与纤芯与包层直径无关，只与两者的相对折射率差有关。若纤芯和包层的折射率差越大，NA值就越大，即光纤的集光能力就越强。对于阶跃型光纤，由于纤芯折射率均匀分布，纤芯端面各点的数值孔径都相同，即各点收光能力相同。对于渐变型光纤，纤芯折射率分布不均匀，光线在其端面不同点入射，光纤的收光能力不同，因此渐变型光纤数值孔径定义为：,光纤陀螺与高科技战争,光在介质分界面的全反射,光纤陀螺与高科技战争,光在光纤中的传播,1)子午光线 通过纤芯的

7、轴线OO可以做很多个平面这些平面称为子午面。子午面上与轴线相交的光射线，称为子午光线，简称子午线。,光纤陀螺与高科技战争,光在光纤中的传播,空气折射率为,纤芯折射率为,包层折射率为,入射角为,全反射临界角,光纤陀螺与高科技战争,光纤陀螺与高科技战争,2)斜射光线 通过纤芯的轴线OO可以做很多个平面这些平面称为子午面。子午面上与轴线相交的光射线，称为子午光线，简称子午线。,光纤陀螺与高科技战争,光纤的损耗,损耗计算公式：,光纤陀螺与高科技战争,光纤的损耗,光纤的吸收损耗,本征吸收损耗,杂质吸收损耗,原子吸收损耗,光纤陀螺与高科技战争,光纤的损耗,光纤的散射损耗,瑞利(Rayleigh)散射,原子

8、吸收损耗,光纤陀螺与高科技战争,光纤的损耗,光纤的弯曲损耗,空间滤波,模式泄漏损耗,模式耦合,光纤陀螺与高科技战争,光纤的损耗,光纤的结构缺陷损耗,空间滤波,模式泄漏损耗,模式耦合,光纤陀螺与高科技战争,光纤的偏振与双折射,光纤的偏振特性与双折射效应,偏振特性,自然光,完全偏振光,部分偏振光,线偏振光,椭圆偏振光,圆偏振光,自然光和完全偏振光的叠加,光纤陀螺与高科技战争,低双折射单模光纤,归一化双折射系数B降低到,量级以下，相应的拍长,达到100m以上的单模光纤,光纤陀螺与高科技战争,保偏光纤,光纤陀螺与高科技战争,纯单模光纤,在制造光纤时，有意地使单模光纤的两个模态具有不同的衰减率，即一个为高损耗模态，另一个为低损耗模态，二者的消光比达到50dB以上，则其中的高损耗模态实际上已经截止，光纤中只剩下一个偏振模在传输了。,光纤陀螺与高科技战争,2、干涉理论,振幅,振动周期,振动相位,起始相位,振动频率,圆周频率,振动的强度,光纤陀螺与高科技战争,3、Sagnac效应,Sagnac效应是指在一个闭合环形光路中，沿顺时针方向（CW）和沿逆时针方向（CCW）相向传播的两束光，经过传输后又会合叠加并产生干涉效应。,