光纤陀螺光源稳定性研究

作为干涉型光纤陀螺光源的超辐射二极管（SLD）的稳定性对于光纤陀螺系统性能具有重要影响。文章系统地研究了SLD的光电特性、温度特性、光源驱动以及这些特性对于光纤陀螺系统的影响。     

谐振式光纤陀螺的系统分析

采用矩阵法从理论上推导了偏振误差所引起的陀螺零漂,利用计算机仿真进行了理论验证;其次针对谐振式光纤陀螺系统光源的选择进行分析,并通过实验验证光源线宽对光纤环谐振曲线的影响;最后,分析了光纤陀螺的检测方案以及光纤陀螺的发展趋势.从噪声因素、器件选择以及信号检测几方面对谐振式光纤陀螺系统进行分析,为谐振式光纤陀螺系统的构建提供了理论及实验基础.     

光纤陀螺光源温控特性研究

温度是影响光源稳定性的重要因素之一.为了更好地对光源进行数字化精密控制,从光源温度控制的热平衡理论出发,结合光源内部组件的工作原理和特性,分析了光纤陀螺用超辐射发光二极管(SLD)光源的温度控制特性,并通过试验对理论分析结果进行了验证.理论分析和试验结果表明,动态过程比静态过程需要的PID控制参数大;制冷过程比加热过程需要的PID控制参数大;温度偏离设定温度越远,PID控制参数偏离设定温度的控制参数也越远.该理论分析结果可为进一步完善SLD光源数字温度控制算法、提高全温控制精度提供直接依据.     

SLD光源相干特性研究

利用自相关的方法,从理论上分析计算了超辐射发光二极管(SLD)等宽谱光源的相干特性.并利用光纤陀螺的光路,从实验上研究了SLD的相干特性.实验结果与理论计算的一致,从而验证了这种理论计算的正确性.     

光纤陀螺光源SLD启动时波长的变化机理

基于现代化战争武器和惯导系统对光纤陀螺快启动的强烈需求,对光纤陀螺启动最慢的核心器件光源超辐射发光二极管（SLD）启动时波长的变化机理进行了研究。主要包括对SLD波长随驱动电流和管芯温度的变化规律进行了理论分析和实验验证,得出了SLD的平均波长随驱动电流的增大而减小,变化量约为0.15 nm/mA,随温度线性增加,变化量大约为0.5 nm/℃;根据理论分析驱动电流和管芯温度启动时的变化规律建立了SLD启动时波长的变化模型;通过实验测试得到的驱动电流和管芯温度启动测试结果推导出了SLD启动波长最大变化量达到18 000 ppm;最后根据分析结果提出实现陀螺快启动的波长补偿方案。     

光纤陀螺光源数字温度控制技术

分析了光纤陀螺SLD光源的温度特性 ,设计了SLD数字非线性温度控制方法 ,在宽温度范围内实现了SLD温度的稳定控制 ,并且能实现迅速启动 ,温度过冲控制在± 1K的范围。实验测得温控稳定性达到 0 .0 5K ,启动时间短于 1 2s。通过控制参数的设定 ,此系统可适用于不同的半导体激光器的控温系统     

超辐射发光二极管偏振度对光纤陀螺性能的影响

如何降低光纤陀螺偏振噪声,提高其零偏稳定性在陀螺性能评估和系统结构调整中有着重要的意义.以分析超辐射发光二极管(SLD)偏振度对光纤陀螺性能影响为研究目的,从矩阵光学的琼斯矩阵理论出发,分析Lyot型消偏器的结构参数对光源SLD消偏的影响,完成了对Lyot消偏器结构参数的建模工作,同时提出其最佳结构参数的存在,并进行了计算机仿真和试验验证.首次在Lyot型消偏器的结构参数与光纤陀螺性能之问建立联系,用实验方法验证了之前所给出的结论.研究结果表明:利用光纤消偏器减小光源出射光的偏振度有助于降低光纤陀螺偏振噪声,提高其零偏稳定性.     

基于SoC单片机的小型化SLD光源数字控制系统

为提高光纤陀螺用超辐射发光二极管(SLD)光源的稳定性,实现光源性能检测和评价的灵活性,在光源工程化生产中常采用数字化控制系统对光源进行控制.以SoC单片机C8051F060为控制检测平台,结合高性能TEC控制器ADN8831和数字PID控制算法,设计了一种新型小型化光源数字控制系统.实验表明,该光源数字化控制系统体积小、精度高、操作灵活、可扩展性强,具有良好的实用价值.     

光纤陀螺用SLD启动特性及影响研究

光纤陀螺的快速启动在军事、导航等领域极其重要,超辐射发光二极管(SLD)是光纤陀螺中启动速度最慢的器件.对SLD启动特性机理进行分析,采用高速数据采集卡对功率、驱动电流、温控电流和温度的变化情况进行了测试,得到了SLD的常温启动时间约为3～4 s,启动时的最大功率波动误差为4.5％,上电瞬间驱动电流上升时间约为0.3s,SLD的制冷电流与热沉温度存在0.12s的延迟,环境温度与理想温度偏差越大,启动时间越长,而且高温启动时间要比低温启动时间长.分析了不同温度下SLD启动对光纤陀螺附加零偏的影响,增加前放增益可减小附加零偏.     

光纤陀螺用收发一体模块的研究

针对干涉型光纤陀螺,研究了一种新的收发一体模块,从对SLD光源建模入手,根据该模型,设计了小型化的光学系统。在这个系统中,通过对光源发出的光进行扩束并准直来提高耦合效率,最后,用Zemax软件进行了仿真,分别对光线传播的轨迹及其能量进行了计算,仿真的结果证明了设计的优越性。这种收发模块采用与偏振无关技术,体积小、可靠性高。与应用较为广泛的混偏技术相比,可以有效改善温度变化、振动等因素对光纤陀螺系统精度的影响,从而提高光纤陀螺的整体性能。     

SLD光源温控模型中时间延迟特性研究

针对某陀螺厂家新引入的超辐射发光二极管(SLD)光源对微分控制环节依赖性显著的问题,对光源温控环节的传递函数和补偿控制进行了理论和试验分析。理论分析和试验结果表明,SLD管芯温度与TEC电流间的传递函数为时间滞后的二阶系统,该时间滞后源自热敏电阻的位置及其与管芯之间的距离;热敏电阻和管芯间距越大,管芯温度与TEC电流的时间滞后越大,微分环节的滞后补偿作用也就越显著;选择适当的微分参数,可使时间滞后相差较大的不同厂家光源同时获得良好的温控效果。上述结果不仅揭示了SLD光源温控环节时间滞后的来源,还对理解微分环节在SLD温控系统中的作用提供了客观依据。     

利用导通电压降监测SLD的输出光功率

由于传统的光功率采集仪精度不高,在实验中无法明显地显示出光功率在短期内的变化,而采集电压的数据采集系统可以很好地解决这个问题。在分析1310 nm超辐射发光二极管(Super Luminescent Diode,SLD)光源的工作原理的基础上,设计了一种在恒温条件下控制驱动电流来使SLD稳定工作的驱动电路,进行了理论分析和实验验证,给出了利用SLD电压降监测输出光功率的新方法,取得了真实可靠的实验数据。通过SLD光源的驱动实验得出输出光功率与驱动电流和SLD两端电压降的相关关系,结果表明,输出光功率与电流具有良好的线性关系,与电压具有良好的正相关指数关系。利用采集电压降监测SLD的输出光功率,大大提高了测试精度和数据分辨率,同时为SLD退化寿命试验提供了新的电学参数。     

基于一维漂移布朗运动的SLD退化失效建模

超辐射发光二极管(SLD)集LD大输出功率和LED宽光谱优点于一体,是光纤陀螺仪中的关键元件与薄弱环节,其可靠性在很大程度上决定了光纤陀螺仪的可靠性。针对SLD寿命长、失效数据难于获取的特点,研究了基于性能退化数据的可靠性评估方法。在对SLD进行失效机理分析的基础上,提出用一维漂移布朗运动模型对产品在环境应力作用下的退化特性进行建模,基于所得模型,由SLD的性能退化信息估计模型中的参数进而评估得到SLD的可靠性指标。这克服了传统可靠性分析方法依赖寿命数据的缺点,能够在没有寿命数据的情况下评估得到SLD的可靠性指标,从而可节约大量的试验经费和试验时间,在工程应用上具有重要的价值。     

InP／InGaAsP1.3μm弯曲波导吸收区超辐射发光二极管的计算机辅助分析

本文用束传播法对具有弯曲波导吸收区的超辐射发光二极管进行了计算机辅助分析,研究了有源层厚度、波导宽度、吸收区长度、弯曲波导曲率半径对器件性能的影响。研究结果表明,对于该器件,存在最佳结构参数,使得吸收区对光激射的抑制作用最好。     

Resolution controllable optical time domain reflectometry based onlow coherence interference

A low-coherence optical time domain reflectometer (OTDR) that can control spatial resolution is proposed to efficiently diagnose waveguides. This is achieved using a light source consisting of a superluminescent diode (SLD), an optical bandpass filter for truncating the SLD output, and an antireflection-coated laser diode booster amplifier. Two resolutions, 44 and 14 μm, were experimentally demonstrated with and without the filter having a 2.7-nm full width at half maximum (FWHM), respectively. The length of the blind space and the minimum detectable reflectivity were respectively <7 mm and <-134 dB at a 3-Hz detection bandwidth, for both resolutions. The noise characteristics of the light source and the system performance are investigated theoretically and experimentally     

用于光纤电流传感器SLD光源的温度控制系统

为减小高压电网中光纤电流传感器超辐射发光二极管（super luminescent diode,SLD）光源温度特性对测量准确度的影响,提出了一种模拟温度控制系统对光源温度进行恒温控制。根据设计要求,介绍了各重要环节的设计过程。分析了通过搭建合适的温度采集电桥,可以得到与温度近似成线性关系的输出差分信号。在频域上建立了系统的数学模型,计算了系统的传递函数,得到了比例-积分-微分（proportional-integral-derivative,PID）控制器各参数对时域上输出的影响。在实验室中搭建了用于光纤电流传感器SLD 光源的温控系统,对温控系统进行了定温与温度循环实验,实验结果表明:该控制系统可以实现对温度的实时控制,使光纤电流传感器测量准确度满足0.2 级工业要求。     

一种便携式的多功能SLD数字测控系统设计

以嵌入式微控制器C8051F为控制核心实现了便携式的多功能超辐射发光二极管（SLD）测控系统。该系统具有多种工作模式,包括恒流控制工作模式、恒光功率工作模式、恒温控制工作模式和连续LIV测试工作模式;可为SLD提供高稳定性的电流控制、光功率控制和温度控制,实验结果表明其长期驱动电流稳定度0．023％、光功率控制稳定度0．026％、温度控制偏差0．03℃。同时利用该系统可实现器件LIV特性的自动测试,其结果可用于SLD性能的表征与评价。     

超辐射激光二极管的研究与应用

分析了超辐射激光二极管(Super - Luminescent Diode ,SLD) SLD 管芯的有源区、后端吸收区以及出光端面的增透膜对光谱的影响。介绍了SLD 组件的封装(SLD 的温度控制、SLD 管芯与尾纤的耦合) 。讨论了在干涉型光纤陀螺仪、光时域反射计、医学相干检测技术、波分复用技术中对SLD 的要求。