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高精度光纤陀螺光源的设计与实现
| 论文题名： | 高精度光纤陀螺光源的设计与实现 |
| 关键词： | 船用导航;光纤陀螺;光源系统;光路设计;EDFA光纤放大器 |
| 摘要： | 随着光纤陀螺相关技术和制作工艺的不断发展和提高，中、低精度光纤陀螺已经在军事和民用领域得到越来越广泛的应用，但是在船舶导航领域，由于其对长时间的运作稳定性和高精度导航性能指标的要求，目前光纤陀螺惯性导航系统尚不能满足高精度舰船导航的需求。光源作为光纤陀螺中传感信号的重要信号源，其性能参数的好坏，是影响船用导航光纤陀螺的标度因数稳定性的重要因素，所以，改善和提高光纤陀螺光源各方面的性能指标，也是提高船用导航光纤陀螺输出信号精度的一个重要手段。本课题在学习和研究船用导航光纤陀螺原理的基础上，分析了高精度光纤陀螺对光源的性能参数要求，在此基础上进行光源的电路和光路设计研究。 本文首先简要介绍了EDFA光纤放大器光源的四种基本结构，之后分析了船用导航光纤陀螺的工作原理，针对光源谱宽、功率稳定性和平均波长稳定性三个方面，分别从理论上分析了其对光纤陀螺性能的影响，给出了该高精度光纤陀螺光源系统计划达到的性能指标：输出光谱宽度为30～40nm、输出光功率稳定性为0.1mW、输出光谱的增益平坦度<0.1dBm、输出1550nm信号光的平均波长稳定性<1ppm/℃、输出1550nm信号的光功率>6mW、输出信号光的波长范围约为1530nm~1560nm，为高精度EDFA光纤放大器光源的设计奠定了理论基础。 接着，根据高精度光纤陀螺光源系统对恒温和恒流控制的要求，进行了泵浦激光器的恒温控制和激光二极管的恒流驱动电路设计，围绕着集成温控芯片LTC1923，设计了完整的TEC（半导体制冷器）和激光二极管的驱动和保护电路，完成了电路板的PCB绘制和电路调试，并给出了相应的控制算法流程图，使泵浦激光器内部工作温度稳定在0.01℃，恒流源驱动电压的波动范围稳定小于0.05mV。 其次，从EDFA光纤放大器的基本设计原理出发，结合Optisystem光通信系统与放大器设计仿真软件，对1m、10m、20m和50m四种不同长度的掺饵光纤EDFA光纤放大器部分进行了仿真和验证，得出在输入泵浦光功率一定的情况下，输出光谱会随着掺饵光纤长度的增加而向这大波长方向提升，形成双峰结构的结论。同时在对输出光谱进行了对比分析的基础上，应用双程双极后向结构进行了EDFA光纤放大器的设计与实现，给出了完整的光路系统结构图。 最后，搭建了相应的软硬件测试环境，对整个高精度光纤陀螺光源系统的性能进行了测试，给出了相应的测试结果：测试输出的1550nm光的光功率为7.65mW，功率稳定性为0.05 mW，波长稳定性为0.26ppm/℃，光谱宽度为36.249nm，增益平坦度为0.6dBm，各项指标均达到了预期的设计指标，验证了设计方案的有效性。 |
| 作者： | 隋俊杰 |
| 专业： | 导航、制导与控制 |
| 导师： | 王伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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