光纤陀螺与高科技战争-第四讲.ppt

光纤陀螺与高科技战争 第三章 光纤陀螺原理与关键技术 迈克耳逊等厚干涉 3、迈克耳孙干涉仪的应用 ▲ 测介质折射率 ▲ 测量微小位移 l n 光路1中插入待测介质， 由此可测折射率n 。 以波长? 为尺度，可精确到 产生附加光程差： M1 1 若相应移过 N 个条纹， 则应有 例:用迈克耳孙干涉仪测微小位移.若入射光波长λ=628.9nm,当动臂反射镜移动时,干射条纹移动了2048条,反射镜移动的距离 d =____________ 例: 当把折射率 n = 1.40 的薄膜放入迈克尔逊干涉仪的一臂时，如果产生了7.0 条条纹的移动，求薄膜的厚度。（已知钠光的波长 ? = 589.3 nm ） 解 μm 光纤陀螺与高科技战争 d、Sagnac效应 Sagnac效应是指在一个闭合环形光路中，沿顺时针方向（CW）和沿逆时针方向（CCW）相向传播的两束光，经过传输后又会合叠加并产生干涉效应。 圆形环路 Sagnac 干涉仪，光路分析： 当干涉仪相对惯性空间无转动 两束光绕行一周的光程相等 绕行时间 当干涉仪绕法向轴以ω转动， 则两束光出现光程差 对于 a 束光 并且 求解 La 得到 类似地，对于光束 b 两束光之间的光程差 两束光之间的相位差 对于 N 匝光纤环的情况 K 称为光纤陀螺的标度因数 在光纤线圈半径一定的情况下，可通过增加线圈的匝数提高测量的灵敏度 直径 10 cm内可缠绕500～2500米 真空中中sagnac效应 逆时针传输的光的传播速度 顺时针传输的光的传播速度 — 环形光路的半径，单位m； — 环形光路转动的角速度，单位rad/s； — 光路中顺时针传输光的传播的速度，单位m/s； — 光路中逆时针传输光的传播的速度，单位m/s。 介质中sagnac效应 光纤环圈中绕行一周的时间 介质中sagnac效应 4 干涉式光纤陀螺的工作原理 光纤陀螺与高科技战争 4、干涉式光纤陀螺工作原理 干涉曲线 光纤陀螺与高科技战争 为了获得高灵敏度，应该给光强信号增加一个偏置量，使系统工作在一个响应斜率不为零的点附近，则此时的输出光强信号为： 转速的调制解调 光纤陀螺与高科技战争 则在方波的正半周有： 则在方波的负半周有： 做差有： 较小时： 光纤陀螺与高科技战争 如萨格奈克效应相移在 之间范围内，可以采用arcsine函数校正之间范围内，可以采用arcsine函数校正，而且能够达到较高精度。当转速增加时，尤其是萨格奈克效应相移趋向90度时，系统特定输出函数弯曲明显，使得arcsine函数校正精度大大降低，导致动态范围降低，标度因数线性度的线性误差较大。 数字闭环方案 光纤陀螺与高科技战争 光纤陀螺与高科技战争 则在方波的正半周有： 则在方波的负半周有： 做差有： 较小时： 1、等倾干涉 (equal inclination interference) 1、2两相干光线到达透镜焦平面上 P 点的光程差为 1 i e n1 n2 n3 2 来自单色面光源一点的入射光线经薄膜上下表面反射的光线1和2构成相干光, 这是分振幅法获得的相干光. 观察反射光线1和2的干涉结果要使用透镜。 b、分振幅干涉——薄膜干涉 （等倾干涉和等厚干涉） 为简单起见，只讨论垂直入射的情况，即 , 并假设 上式表明：光程差决定于倾角i，焦平面上同一干涉条纹(亮纹或暗纹）对应相同的入射角—— 等倾干涉 等倾干涉环 干涉条纹形状为一组同心圆环。 1 i e 2 反射干涉环与透射干涉环是互补的。 等倾干涉条纹是一组内疏外密的同心圆环，越向内，级次越高。入射角减小，圆半径减小 明纹 暗纹 则当: 思考： 1、计算光程差时什么时候需要加上 ?/2？ 2、光程差的计算是否需要区分是上表面（-?/2） 而下表面（+ ?/2） ？ 3、计算反射光的光程差和透射光的光程差， 看看它们直接有什么特点（关系）？ 增透膜和增反膜 —— 薄膜干涉的应用 （1）增透膜 (antireflection film) 在透镜表面镀一层厚度均匀的透明介质膜，使其上、下表面对某种色光的反射光产生相消干涉，其结果是减少了该光的反射，增加了它的透射。 照相机镜头 眼镜 在光学器件中，由于表面上的反射与透射，在器件表面要镀膜，来改变反射与透射光的比例。可有增透膜，增反膜。 例如：较高级的照相机的镜头由6个透镜组成，如不采取有效措施，反射造成的光能损失可达45%~90%。为增强透光，要镀增透膜，