Суммирование оптимальных условий эксплуатации

Интерферометрический волоконный гироскоп, часто сокращенно И-ВОГ, является кольцевым интерферометром, использующим мультиволоконную катушку для повышения эффекта Саньяка, вызванного вращением по отношению к инерциальному пространству. Это дает разность фаз между двумя противонаправленными волнами, которая пропорциональна скорости вращения Ω (см. раздел 2.3):

(9.1)

В условиях оптимальной эксплуатации можно резюмировать следующее:

• использование одномодовой взаимной конфигурации с точно одномодовым фильтром (одна пространственная мода и одна поляризация) в общем порту ввода-вывода интерферометра. Это гарантирует, что пути обеих противонаправленных волн совершенно уравниваются и обеспечивается невзаимный эффект разности фаз, вызванный только поворотом (см. раздел 3.2).

• Использование схемы модуляции-демодуляции смещения с взаимным фазовым модулятором в конце волоконной катушки. Интерферометр ведет себя как фильтр линии задержки из-за времени транзита через катушку, которая дает высокую чувствительность позиционирования без снижения взаимности. Лучшие характеристики получены на основных или собственных частотах, которые соответствуют полупериоду модуляции во время транзита катушки. Сочетание этой схемы обработки с взаимной конфигурацией дает так называемую минимальную конфигурацию (см. раздел 3.2).

• Использование широкополосного оптического источника для сокращения длины когерентности. Это разрушает контрастность интерференции различных паразитных волн, создаваемых в системе обратным рассеянием или обратным отражением или продольно-поперечной поляризацией (см. главы 4 и 5). Это подавляет нелинейный эффект Керра, который также связан с явлением интерференции (см. раздел 7.2).

• Использование сохраняющих поляризацию волокон, которые обеспечивают очень полезный эффект деполяризации перекрестно поляризованных волн двулучепреломления внутри волокна и низкую когерентность широкополосного источника (см. главу 5). Это снижает ограничение отказа очень высокой поляризации. Тщательный анализ этих проблем поляризации получается с оптической когеренцией области поляриметра (OКОП), базируется на сравнении траекторий белого света дифференциального интерферометра (см. раздел 5.4). Эти волокна также уменьшить влияние невзаимного магнито-оптического эффекта Фарадея (см. раздел 7.1).

• Использование братной связи обнуления фазы со схемой замкнутой петли линеаризуют и стабилизируют измерения фазы Саньяка (см. гл. 8). Среди возможных методов полностью цифровой подход замкнутой петли обеспечивает основные преимущества. Он объединяет цифровой ступенчатый сигнал обратной связи, который дает очень хорошую линейность и стабильность во всем динамическом диапазоне и цифровую демодуляцию, которая совершенно свободна от любых электронных источников смещения дрейфа.

• Использование контроля длины волны для стабилизации спектра источника и получения точного коэффициента масштабирования для измерения скорости вращения (см. раздел 8.3).

Рисунок 9.1. суммирует оптимальную архитектуру, которая сочетает в себе Y-устройство связи, конфигурацию, использующую цепь многофункциональной интегральной оптики с полностью цифровой обработкой замкнутой петли, генерацией цифрового электрического ступенчатого сигнала.

Источник

Суперлюминесцентный диод

Первые лабораторные эксперименты были проведены с He-Ne газовым лазером, который может быть эффективным в сочетании с одномодовым волокном, поскольку его гауссовский режим излучения соответствует псевдо-Гауссиану основной моды волокна (см. приложение 2). Однако развитие полупроводниковых диодов, особенно для телекоммуникаций, дало компактные твердотельные источники света, работающие с низким питающим напряжением и являющиеся идеальным выбором для практических устройств. Имеются диоды главным образом двух видов: светодиоды испускающей поверхности, сокращенно СД и лазерные диоды, сокращенно ЛД [1]. Они используют III-V полупроводниковые строки (таблицы Менделеева), AlGaAs-GaAs на длинах волн в диапазоне от 800 до 850 нм, или InGaAsP-InP для 1300 и 1550 нм диапазона.

Эти два источника не являются оптимальными для приложений гироскопа: СД базируются на основе спонтанных выбросов и имеют адекватную ширину спектра, но они не могут эффективно использоваться в сочетании с одномодовым волокном, поскольку велик диапазон эмиссии (от 50 до 100мкм в диаметре) по сравнению с ядром волокна; ЛД, с другой стороны, могут использоваться эффективно, потому что волны, генерируемые в узкой полосе (несколько микрометров) стимулируют эмиссию, пространственно когерентны, но спектр состоит из узких эмиссионных пиков мод лазерного резонатора Фабри Перо (см. приложение 1). Чтобы получить одновременно хорошую пространственную когерентность и низкую временнỳю когерентность, лазерные диоды должны быть модифицированы как суперлюминесцентные (или суперрадиоактивные) диоды, сокращенно ССД (или СРД). Эффект генерации лазера подавляется уменьшением отражения от поверхности зеркала с антиотражающим покрытием, эмиссией на выходе и зоной аоглощения на другом конце диода (Рисунок 9.2) [2-6]. Использование угловой полосы [7], которая работает по принципу, аналогично угловому краю интегральной цепи, также была продемонстрирована (см. раздел 4.1.1).

Коэффициент усиления полупроводникового диода очень высок даже без резонатора обратной связи, выходная мощность может быть даже выше, чем у лазера. При однократном прохождении первая спонтанная эмиссия фотонов усиливает стимулирование эмиссии, и выходная волна имеет пространственную когерентность, похожую, как у лазера, поскольку также генерирована узкой полосой, уступая эффективному соединению с одномодовым волокном. Тем не менее, структура многомодового лазерного спектра значительно уменьшается, и ССД ведут себя как квазиширокополосные источники. На 850 нм, по всей ширине половину максимум – порядка от 20 нм.

Практические конструкции с типичной длиной от 300 до 500 мкм герметично упаковываются в прочный корпус с припаянными в передней части волоконными выводами на фронте излучения окон диода. Типичная мощность соединения составляет 0,5 до 1 мВт (кпд соединения-10-20%) для текущего тока от 50 до 150 мА. Сохраняющее поляризацию волокно может использоваться для соединения с надлежащей ориентации ее осям двулучепреломления. ССД частично поляризованы, от 70% до 80% мощности в "горизонтальной" сединению параллели поляризации. Основной проблемой ССД является стабильность их бедных спектров: средняя длина волны имеет дрейф около 400 млн^–1/K с температурой и 40 млн^–1/мА с текущим током. Температурный контроль с элементом Пельтье и стабильным током дает стабильность в диапазоне от 100 млн^–1; но более высокая производительность требует прямого контроля длины волны.