一种直升机载光纤惯导用抗振型光源及其试验验证方法技术

本发明专利技术属于机载惯导领域，涉及一种直升机载光纤惯导用抗振型光源及其试验验证方法。抗振型光源包括：抗振型光源光路，光路包括：法拉第旋转镜FRM、掺铒光纤、980nm泵浦二极管、980/1550nm波分复用器、光隔离器、平坦器。平坦器。平坦器。

【技术实现步骤摘要】
一种直升机载光纤惯导用抗振型光源及其试验验证方法


[0001]本专利技术属于机载惯导领域，涉及一种直升机载光纤惯导用抗振型光源及其试验验证方法。

技术介绍

[0002]振动性能是评价直升机载光纤惯导环境可靠性与性能稳定性的一个重要指标。光源作为直升机载光纤惯导的源头部件，需要保证其在振动条件下性能的稳定输出。当光在光源内部传输时，无源光器件尾纤和增益介质掺铒光纤容易受到由机械振动引起的应力作用而发生形变，这种随机的形变将导致光源中传输光偏振态的波动并引发其他一些不利的偏振效应，进而影响光源的输出波长振动稳定性，最终影响直升机载惯导的导航精度。
[0003]传统光源内增益介质掺铒光纤、光纤熔接点和无源光器件尾纤大多采用注入玻璃胶、粘胶带等方法固定，以减小光源输出波长变化对光纤惯导的影响，上述若干种方法在工程上应用较为广泛，且目前国内市场上可购买的机载惯导用光源均采用以上方法进行内部光纤的固定。但注入玻璃胶等传统固定方法不仅增加了光源和机载惯导的重量，玻璃胶的老化、涂抹不均匀造成的挤压也将影响光源内传输光的稳定性，进而产生光路噪声。所以，抗振型光源的设计对直升机载光纤惯导振动性能的研究极为重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的：在不增加机载光纤惯导系统复杂性的情况下提出了一种直升机载光纤惯导用抗振型光源，并试验验证了其抗振性能。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]一种直升机载光纤惯导用抗振型光源，包括：抗振型光源光路，光路包括：法拉第旋转镜FRM、掺铒光纤、980nm泵浦二极管、980/1550nm波分复用器、光隔离器、平坦器；
[0007]泵浦二极管发出中心波长980nm的泵浦光经过980/1550nm波分复用器后到达掺铒光纤抽运，980nm泵浦光被掺铒光纤中的稀土元素铒离子吸收后发生放大的自发辐射现象产生1550nm超荧光，产生的1550nm光一部分经过光隔离器、平坦器输出到光纤陀螺三个敏感轴上；另一部分1550nm光经过FRM后再一次经过掺铒光纤进行二次泵浦。
[0008]掺铒光纤的长度为15.69m。
[0009]FRM选择45
°
FRM。
[0010]一种直升机载光纤惯导用抗振型光源试验验证方法，包括：
[0011]首先在常温隔振条件下分别进行抗振型光源与普通光源的输出特性试验；
[0012]随后进行四种随机振动频率条件下的随机振动试验，抗振型光源和普通光源在四种随机振动频率条件下的输出光谱由光谱仪OSA进行采集并实时发送到计算机上；
[0013]随机振动频率条件设置完成后，将抗振型光源和普通光源分别用夹具固定在垂直振动台的台面上，并准备在室温环境下进行振动试验；光源系统采用+5V外部直流电源供电，设置OSA的波长范围为1520nm
‑
1570nm，分辨率为0.1nm，并通过通用串行总线连接到外
部计算机上，实现输出光谱的实时采集以便后续的数据处理。
[0014]每种光源的测试时间为2小时。
[0015]振动台的四种随机振动试验条件分别为1
‑
100Hz低频振动、100
‑
500Hz中低频振动、500
‑
1000Hz中高频振动、1000
‑
2000Hz高频振动。
[0016]振动台功率谱密度设置为0.01g2/Hz。
[0017]本专利技术的有益效果：本专利技术结合直升机载光纤陀螺的实际应用环境提出并设计了一款耐振动恶劣环境的抗振型光源，在单级结构光路中引入45
°
FRM消除了光源光路中传输光的偏振态波动，得到平均波长振动稳定性较好的光纤光源，尤其在中高频和高频振动频率条件下。在1000
‑
2000Hz高频振动条件下，抗振型光源的平均波长稳定性优于传统光源6.8ppm，为直升机载光纤陀螺环境可靠性研究奠定了基础。
附图说明
[0018]图1为直升机载光纤惯导用抗振型光源光路结构示意图。
[0019]图2为法拉第旋转镜内部结构图。
[0020]图3为光源振动试验实物装置图。
[0021]图4为抗振型光源在五种不同随机振动频率下的平均波长变化图。
[0022]图5为传统光源在五种不同振动频率下的平均波长变化图。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]为提高直升机载光纤惯导上光源的振动稳定性，本专利从基本机理触出发，通过建立光路琼斯矩阵模型，深入研究光纤中传输光的偏振态与偏振相关损耗之间的关系。在不增加机载光纤惯导系统复杂性的情况下设计了一种直升机载光纤惯导用抗振型光源，并试验验证了其抗振性能。下面是具体描述：
[0025]一、抗振型光源光路分析
[0026]对于图1单级光路结构而言，光在单模掺铒光纤前向传输时的琼斯矩阵可以定义为：
[0027][0028]其中，d
11
、d
12
、d
21
、d
22
是与光纤中双折射和偏振相关损耗有关的一些复杂值。
[0029]将总长度L的增益介质掺铒光纤看成由N小段掺铒光纤构成，掺铒光纤总的琼斯矩阵可以表示为：
[0030][0031]其中G
n
是第n段掺铒光纤的偏振相关增益，R(θ)为旋转矩阵，D
n
和P
n
分别是第n段掺铒光纤延迟片和起偏器的琼斯矩阵，和ψ
n
分别表示第n段掺铒光纤延迟片和起偏器的主方
向角，延迟片和部分起偏器的琼斯矩阵D
n
和P
n
可以表示为：
[0032][0033][0034]其中，*为共轭转置符号，Δ
n
为延迟度，γ
n
为偏振相关损耗。
[0035]在式(3)和(4)中可以看出部分偏振器的琼斯矩阵P
n
为单位阵，当外部扰动作用在掺铒光纤上时，延迟片的延迟度、偏振器将会发生变化，即Δ
n
和ψ
n
将发生变化，而光纤中的偏振相关损耗γ
n
几乎不发生任何变化，可以将式(2)中的偏振相关增益G
n
看作常数，因此有：
[0036][0037]通过式(5)可以看出其行列式|J
F
|为常数，且可以归一化为单位阵d
11
d
22
‑
d
12
d
21
＝1，G为平均偏振增益。当掺铒光纤中不存在偏振相关损耗时，上述矩阵为酉矩阵而非单位阵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直升机载光纤惯导用抗振型光源，其特征在于，包括：抗振型光源光路，光路包括：法拉第旋转镜FRM、掺铒光纤、980nm泵浦二极管、980/1550nm波分复用器、光隔离器、平坦器；泵浦二极管发出中心波长980nm的泵浦光经过980/1550nm波分复用器后到达掺铒光纤抽运，980nm泵浦光被掺铒光纤中的稀土元素铒离子吸收后发生放大的自发辐射现象产生1550nm超荧光，产生的1550nm光一部分经过光隔离器、平坦器输出到光纤陀螺三个敏感轴上；另一部分1550nm光经过FRM后再一次经过掺铒光纤进行二次泵浦。2.根据权利要求1所述的抗振型光源，其特征在于，掺铒光纤的长度为15.69m。3.根据权利要求1所述的抗振型光源，其特征在于，FRM选择45
°
FRM。4.一种直升机载光纤惯导用抗振型光源试验验证方法，其特征在于，包括：首先在常温隔振条件下分别进行抗振型光源与普通光源的输出特性试验；随后进行四种随机振动频率条件下的随机振动试验，抗振型光源和普通光源在四种随机振动频率条件下的输出光谱由光谱仪OSA进行采集并实时发送到计算机上...

【专利技术属性】
技术研发人员：张恩康，张红伟，李雷，
申请(专利权)人：中国直升机设计研究所，
类型：发明
国别省市：