1上一页 下一页回首页 回末页 结束第三章第三章光电信息转换回目录光纤陀螺是近十多年发展起来的一种组合光电器件，它可以满足动载器从智能式制导导航与控制系统发展为分布式制导 /导航和控制系统的要求，目前光纤陀螺正进一步从军用向军民两用方向发展。
一,Sagnac 效应
Sagnac 效应是指在任意几何形状的闭合光路中，从某一点观察点发出的一对光波沿相反方向运行一周后又回到该观察点时，这对光波的相位（或它们经历的光程）将由于该闭合环形光路相对于惯性空间的旋转而不同，其相位差（光程差）的大小与闭合光路的转速速率成正比。
上一节
2上一页 下一页回首页 回末页 结束第三章第三章光电信息转换回目录二．光纤陀螺光纤陀螺是基于 Sagnac 效应，用光纤构成环状光路，组成光纤 Sagnac 干涉仪。如图
3.3.3－ 1所示，，来自光源的光束被分束器 BS1分成两束光，分别从光纤圈的两端藕合进光纤敏感线圈，沿顺、逆时针方向传播。从光纤圈两端出来的两束光，再经过合束器 BS1而叠加产生干涉。当光纤圈处于 静止状态时，从光纤圈两端出来的两束光，光程差为零。当光纤圈以角速率 Ω旋转时由于
Sagnac效应，顺、逆时针方向传播的两束光产生光程差 L可表示为：
3上一页 下一页回首页 回末页 结束第三章第三章光电信息转换回目录式中 CW—— 表示顺时针方向；
CCW—— 表示逆时针方向；
R—— 光纤圈半径；
L— 一光纤长度；
A—— 光纤光路所包含的面积,A＝ R；
N—— 光纤圈匝数；
A—— 光的波长；
C—— 光在介质中传播速度。
4上一页 下一页回首页 回末页 结束第三章第三章光电信息转换回目录上式就是光纤陀螺的基本公式,通过检测相位差
ΔΦ（ 即干涉光强 ） 就可以获得角速率 Ω的信息,
其中 4π LR/cλ 项就是陀螺的 标度因数 。
为了对 Sagnac效应的大小有一个比较直观的认识,我们看一个例子 。 假定,光纤圈面积 A＝ 100cm2
,旋转角速率 Ω＝ 10－ 3ΩE（ ΩE为地球自转速率 l 5 0
／ h),即＝ 0,0150／ h,在包围此面积的单匝光纤环上,得到的光程差仅为 Δ L=10－ 15 cm。 与氢原子直径 10－ 8cm相比较,可发现单匝光纤环的 Sagnac效应是很小的 。 显然,要提高干涉仪的灵敏度就必须大大增加光纤匝数,也就是说增加光纤的几何参数 LR
。 通常 LR取值在 10一 100m2之间 。
可绕,低损耗的细径光纤,为绕制多匝光纤圈提供了可能性,是实现小型,高灵敏度光纤陀螺的基础 。
5上一页 下一页回首页 回末页 结束第三章第三章光电信息转换回目录三．光纤陀螺的光路系统光纤陀螺的光路系统如图 3.3.3－ 2所示。除光源、探测器（光电信息转换器件）、偏振器和传感光纤圈外，
还包括两个分束器和装在闭合回路一端的调制器。图
3.3.3－ 2中，
LED之间，既有较高的输出功率，又有较大的光谱宽度，
是光纤陀螺较为理想的光源。而探测器则采用 PIN光敏二极管。
光源一般选用半导体激光器 LD、发光二极管
LED和超辐射发光二极管 SLD，由于 SLD的性能介于 LD和
6上一页 下一页回首页 回末页 结束第三章第三章光电信息转换回目录四．光纤陀螺的应用
1．导航导航是引导载体到达预定目的地的过程 。 导航系统可以说是一个测量装置,所提供的导航参数供驾驶员操作载体之用,用于人工能自由操纵的航行体,如舰船,飞机及地面战车等 。 如导航系统与自动驾驶仪联用,导航系统提供的导航信息作为自动驾驶的输入量,由自动驾驶仪自动操可用于的载体有军用飞机,民用飞机,军舰,轮船,坦克,装甲战车,自行火炮,民用火车,汽车和机器人等 。
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2．制导制导是指自动控制和引导飞行体按预定轨道或飞行路线准确到达目标的过程。
光纤陀螺用来探测或测定导弹相对于目标的飞行情况，供计算机计算导弹的实际位置与预定位置飞行偏差，形成引导指令，并操纵导弹改变飞行方向，使其沿预定的轨道飞向目标
。
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一,Sagnac 效应
Sagnac 效应是指在任意几何形状的闭合光路中，从某一点观察点发出的一对光波沿相反方向运行一周后又回到该观察点时，这对光波的相位（或它们经历的光程）将由于该闭合环形光路相对于惯性空间的旋转而不同，其相位差（光程差）的大小与闭合光路的转速速率成正比。
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3.3.3－ 1所示，，来自光源的光束被分束器 BS1分成两束光，分别从光纤圈的两端藕合进光纤敏感线圈，沿顺、逆时针方向传播。从光纤圈两端出来的两束光，再经过合束器 BS1而叠加产生干涉。当光纤圈处于 静止状态时，从光纤圈两端出来的两束光，光程差为零。当光纤圈以角速率 Ω旋转时由于
Sagnac效应，顺、逆时针方向传播的两束光产生光程差 L可表示为：
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CCW—— 表示逆时针方向；
R—— 光纤圈半径；
L— 一光纤长度；
A—— 光纤光路所包含的面积,A＝ R；
N—— 光纤圈匝数；
A—— 光的波长；
C—— 光在介质中传播速度。
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ΔΦ（ 即干涉光强 ） 就可以获得角速率 Ω的信息,
其中 4π LR/cλ 项就是陀螺的 标度因数 。
为了对 Sagnac效应的大小有一个比较直观的认识,我们看一个例子 。 假定,光纤圈面积 A＝ 100cm2
,旋转角速率 Ω＝ 10－ 3ΩE（ ΩE为地球自转速率 l 5 0
／ h),即＝ 0,0150／ h,在包围此面积的单匝光纤环上,得到的光程差仅为 Δ L=10－ 15 cm。 与氢原子直径 10－ 8cm相比较,可发现单匝光纤环的 Sagnac效应是很小的 。 显然,要提高干涉仪的灵敏度就必须大大增加光纤匝数,也就是说增加光纤的几何参数 LR
。 通常 LR取值在 10一 100m2之间 。
可绕,低损耗的细径光纤,为绕制多匝光纤圈提供了可能性,是实现小型,高灵敏度光纤陀螺的基础 。
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还包括两个分束器和装在闭合回路一端的调制器。图
3.3.3－ 2中，
LED之间，既有较高的输出功率，又有较大的光谱宽度，
是光纤陀螺较为理想的光源。而探测器则采用 PIN光敏二极管。
光源一般选用半导体激光器 LD、发光二极管
LED和超辐射发光二极管 SLD，由于 SLD的性能介于 LD和
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1．导航导航是引导载体到达预定目的地的过程 。 导航系统可以说是一个测量装置,所提供的导航参数供驾驶员操作载体之用,用于人工能自由操纵的航行体,如舰船,飞机及地面战车等 。 如导航系统与自动驾驶仪联用,导航系统提供的导航信息作为自动驾驶的输入量,由自动驾驶仪自动操可用于的载体有军用飞机,民用飞机,军舰,轮船,坦克,装甲战车,自行火炮,民用火车,汽车和机器人等 。
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2．制导制导是指自动控制和引导飞行体按预定轨道或飞行路线准确到达目标的过程。
光纤陀螺用来探测或测定导弹相对于目标的飞行情况，供计算机计算导弹的实际位置与预定位置飞行偏差，形成引导指令，并操纵导弹改变飞行方向，使其沿预定的轨道飞向目标
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