發(fā)布時間：2017-12-05 01:24

  本文關(guān)鍵詞：基于慢光效應(yīng)光學(xué)陀螺儀的研究

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【摘要】：隨著人類社會物質(zhì)文明和精神文明的高度發(fā)展,對社會信息的需求量、傳輸速度有了更高的要求。為了解決電子瓶頸限制問題,在未來的全光傳感網(wǎng)絡(luò)中,光子成為一種新的信息載體來代替電子。微環(huán)諧振腔作為實現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)傳感技術(shù)的基礎(chǔ)器件,在信息技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用,其中一項重要的應(yīng)用就是用來構(gòu)成微環(huán)諧振光學(xué)陀螺儀,微環(huán)諧振光學(xué)陀螺儀在光域上能實現(xiàn)對角速度的檢測,是航海、航空、航天和石油勘探系統(tǒng)等的關(guān)鍵器件。由于普通的干涉式光學(xué)陀螺儀精度的慣性級極大地限制了傳感技術(shù)的發(fā)展,為了提高光學(xué)陀螺儀的靈敏度,基于相位調(diào)制的光學(xué)陀螺儀也受到了關(guān)注。盡管能夠提高光學(xué)陀螺儀靈敏度,但是還不能解決這個“瓶頸”,而光在微環(huán)諧振腔中的慢光的發(fā)現(xiàn)解決了這一難題,并且使得微環(huán)諧振陀螺儀近年來備受關(guān)注。從而基于級聯(lián)微環(huán)諧振腔慢光效應(yīng)的光學(xué)陀螺儀也逐漸成為人們關(guān)注的焦點。本文主要對基于相位調(diào)制的光學(xué)陀螺儀和基于級聯(lián)微環(huán)諧振腔慢光效應(yīng)的光學(xué)陀螺儀進(jìn)行了研究,具體的工作和主要研究結(jié)果如下:首先,論文簡要地介紹了光纖耦合器的結(jié)構(gòu),利用它的耦合模理論,得到光纖耦合器的傳輸矩陣。同時還概述了微型諧振腔的工作原理,利用耦合器的耦合原理,分別對單耦合器和雙耦合器諧振腔以及級聯(lián)微環(huán)諧振腔進(jìn)行了分析,并且介紹了電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu),并分析了利用電光晶體調(diào)相的原理。其次,論文通過分支器將一束光分成兩路相等的信號,利用耦合器的相位調(diào)制作用,以及兩束光信號在旋轉(zhuǎn)的微環(huán)中所產(chǎn)生的薩格納克效應(yīng),進(jìn)一步對光學(xué)陀螺儀的靈敏度特性進(jìn)行了分析。通過仿真最終輸出信號功率與旋轉(zhuǎn)速度的關(guān)系曲線,與未經(jīng)相位調(diào)制的光陀螺儀的關(guān)系曲線相比較。研究指出:光學(xué)陀螺儀在線性區(qū)域工作,便于測量的同時,也能夠更好地確定旋轉(zhuǎn)方向。另外,論文還比較了不同耦合系數(shù)的情況下光學(xué)陀螺儀的靈敏度關(guān)系曲線,研究表明,在光纖耦合器耦合系數(shù)的某一點,光纖陀螺儀的靈敏度達(dá)到最大。由此可見,論文不僅可以通過對信號進(jìn)行相位調(diào)制提高光纖陀螺儀的靈敏度,還可以改變光纖耦合器的耦合系數(shù)來實現(xiàn)。再次,主要介紹了基于級聯(lián)微環(huán)諧振腔慢光效應(yīng)的光學(xué)陀螺儀,利用光信號在旋轉(zhuǎn)閉合回路中傳播時所產(chǎn)生的薩格納克效應(yīng),對于光信號在單個微型諧振腔和級聯(lián)微環(huán)諧振腔的相移進(jìn)行了推導(dǎo)�？紤]慢光效應(yīng)與薩格納克相結(jié)合,最終得到光學(xué)陀螺儀的傳輸矩陣和最終輸出。為了研究慢光效應(yīng)的特性,論文仿真了不同波長情況下,慢光效應(yīng)引起的信號幅度、相位以及時間延遲的變化曲線。研究結(jié)果表明在波長諧振點處,發(fā)生了信號相位的跳變和時間的延遲。同時為研究光學(xué)陀螺儀的靈敏度,論文仿真了光學(xué)陀螺儀靈敏度隨著旋轉(zhuǎn)角速度的變化曲線。研究表明,利用級聯(lián)微環(huán)的結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了提高光學(xué)陀螺儀靈敏度。并且論文分別仿真不同參數(shù)改變時,光學(xué)陀螺儀靈敏度曲線,研究表明,光學(xué)陀螺儀靈敏度隨著半徑的增加而增加,隨著微環(huán)耦合系數(shù)的增加而增加。最后,論文研究了基于雙耦合微環(huán)諧振腔的光學(xué)陀螺儀中的非線性效應(yīng)對于靈敏度的影響,通過利用雙耦合微環(huán)的結(jié)構(gòu),對于光信號進(jìn)行調(diào)制,從而提高了光學(xué)陀螺儀的靈敏度。并且論文分別比較了硅和二氧化硅兩種材料制成微環(huán)的情況下,非線性效應(yīng)對于靈敏度的影響。結(jié)果表明,二氧化硅材料的非線性效應(yīng)對于靈敏度的影響可以忽略不計,而硅材料的非線性效應(yīng)會導(dǎo)致光學(xué)陀螺儀靈敏度下降。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.1;TN253

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本文編號：1253076