Определение остаточной погрешности шума обратного рассеяния

Рэлеевское рассеяние вызвано двухполюсными антеннами излучения элементов атомной структуры, возбужденных входящей волной. Он имеет λ⁻⁴ зависимость от длины волны, и есть кумулятивный эффект только в жидкости или аморфном стекле, которые имеют случайные структуру. Наоборот, в матрице упорядоченного кристалла, различные разрозненные волны будут вмешиваться разрушительно во всех направлениях за исключением прямого.

В волокне часть рассеянного света остается при пропускании в прямом и обратном направлениях. Прямое рассеяние взаимно и не дает паразитных эффектов в волоконном гироскопе. Напротив обратное рассеяние аналогично случайно распределенному обратному отражению. С рэлеевским рассеянием уменьшение α _R и, учитывая источник с длиной когеренции L_c, интенсивность когерентного обратного рассеяния , отнесенная к середине катушки

 

(4.7)

 

где − интенсивность основной волны и S − фактор того, что взято обратно, который может быть грубо аппроксимирован как соотношение взятого телесного угла в волокне, равного NA², к полному телесному углу 4π стерадиан. На практике S составляет около 10⁻³.

Принимая практические численные значения α _R = 2 дБ/км (для λ = 850 нм) и L_c = 20 мкм, задаваясь

,

которое по-прежнему дает соотношение амплитуд:

 

. (4.8)

 

Предполагая, что две основные противонаправленные амплитуды A_m и A_m', на выходе имеется интерференция между (A_m + A_cb') и (A'_m + A_cb). Представляется, что первоначальные фазовые ошибки могут достигать значений 6x10⁻⁶ рад даже при длине когеренции менее 20 мкм. Однако, не принимая во внимание выгоды, принесенные соответстующей модуляцией собственной частоты [8], остается и тот факт, что разность фаз между A_m и A_cb' связаны с таковыми A_m' и A_cb [9].

По сути, когда фазовый модулятор управляется на основной частоте f_p катушки, волна обратного рассеяния от середины катушки испытывает фазовую модуляцию дважды, но с задержкой в половину периода, которая отменяет общую модуляцию (Рисунок 4.7). Кроме того, основная волна интерференции результирующая от A_m + A_m' модулируется по интенсивности, но это не фазовая модуляция; таким образом, процесс обнаружения когерентности между (A_m + A_m') как локальный осциллятор и A_cb и A_cb' остаются на низких частотах и не дают каких-либо ложных сигналов в демодуляции на f_p [8].

 

Рисунок 4.7. Влияние фазового модулятора на обратное рассеивание волн в средней части катушки

Фазовый модулятор

Устройство связи

Средняя точка

LC

Некоторую пользу также дает от корреляции между фазами обоих волн рассеяния. Давайте рассмотрим точку рассеяния: если фаза, накопленная при распространении основных волн , фазы и , обусловленные распространением двух волн, отраженных и рассеянных в данный момент, например:

(4.9)

 

и, следовательно, разность фаз обусловлена распространением между основной и обратной отраженной волнами:

 

(4.10)

 

Однако процесс рассеяния добавляет к фазе отставание на π/2 по каждой паразитные волне и фактическая разность фаз [9]

 

(4.11)

 

Используя снова фазовую диаграмму (Рисунок 4.8), можно заметить, что если учитывается только распространение, фазовые ошибки в каждом направлении противоположны, и, следовательно, ошибки разности фаз будет удвоена. Однако с дополнением отставания на π/2 фазовые ошибки и на самом деле

 

(4.12)

(4.13)

После sinΔФ' _cb = sin (– π−ΔФ _cb) = sinΔФ _cb, обе фазовые ошибки и их модули и становятся равными. Поскольку на светоделителе одна обратноотраженная волна переносится дважды, а другая отражается (или в спаривании) дважды, эти модули равны при разделителя точно 50-50 (при условии, что потери в катушке симметричны), что устраняет эффект Рэлея обратного рассеяния.

В итоге низкая длина когерентности широкополосного источника, предпочтительно используемого в интерферометрическом волоконном гироскопе, значительно уменьшает шум обратного рассеяния Рэлея, и приводит к дальнейшему смещению модуляции основной частоты с точным разделением 50-50 в катушка разделителя. Другие методы сокращения по-прежнему возможны, если использовать длину когерентности [10], но они трудны для применения на практике.

Рисунок 4.8. Фазовая диаграмма основных первичных амплитуд и Am и А′m и амплитуд Acb и A′cb обратного рассеяния в середине катушки: (а) эффект распространения; (b) дополнительный эффект от отставания фазы на π/2.

В любом случае уменьшение шума, вызванного обратным рассеянием Релея, разумно требует короткой длины когерентности по сравнению с другими эффектами и многомодовые лазерные диоды достаточны для получения низкого уровеня шума. Этот ложный эффект не требует согласованности длины так же как и у суперлюминесцентных диодов (см. раздел 9.2.1).

 

Ссылки

[1] Ardiiiy, д. х., H.J.Shaw, MCliodorow и р. K. Kompfner, "ре enlrani волоконно Oplic методология lo поворот зондирования," SPIE труды, том 157, 1978, pp. 138-148.

[2] Лефевр, х. C, ю. п. Беллини, с. Valoux и м. Papuchon, "Прогресс использования интегральной оптики в оптических волоконных гироскопах," AGARD-НАТО материалы, Vol. CPP-383, 1985, стр. 9A1-9AI3 (SPIE MS 8, стр. 216-227).

[3] Лефевр, С его, "Комментарии о волоконных опптических гироскопах," SPIE труды, том 838. 1987, pp. 86-97 (SPIE MS 8, стр. 56-67).

[4] Катлер "," С. С "," Ньютон A. S. "и" H. J. шоу, "Ограничение измерения вращения при рассеянии," оптика письма, том 5, 1980. pp. 488-490 (SPIE MS 8, стр. 343-345).

[5] Дэвис, х. л. и S. Иезекииль, "Закрытая петля, низкий уровень шума в волоконно-оптических датчиках поворота," оптика письма, том 6, 1981, pp. 505-507 (SPIE MS8, pp. 186-188).

[6] Бома, K., п. Russer, е. Weidel и р. Ульрих, "Низкий уровень шума в волоконно-оптических датчиках вращения," письма оптики, том 6, 1981, pp. 64-66 (SPIE MS 8, стр. 183-185).

[7] Берг, р. а., г. С Лефевр и H. J. шоу, "Много- и одномодовые волоконно-оптические гироскопы," письма оптики, том 6, 1981, pp. 198-200 (SPIE MS8, pp. 175-177).

[8] Лефевр, х. C, р. а. Берг и H. J. шоу, "Многоволоконный гироскоп с инерциальной навигационной краткосрочной чувствительностью," оптика письма, том 7, 1982, pp. 454-456 (MS SPIE 8, стр. 197-199).

[9] Такада, K., "Расчет шума обратного Рэлеевского рассеяния в волоконном оптическом гироскопе," J.O.S. а., Vol. A2, 1985, pp. 872-877 (SPIE MS 8, стр. 361-366).

[10] Макинтош, я. м. и. Culshaw, "Анализ и наблюдения в устрйстве связи волоконно-оптического гироскопа зависимости коэффициента шума обратного рэлеевского рассеяния" Journal of Technology Lightwave, том 7, 1989, pp. 1323-1328.

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: