光電子器件在光纖陀螺中的應(yīng)用

1、中國圖象圖形網(wǎng) www.image2003.com2, 2,雪崩光電二極管 雪崩光電二極管[1,4] [1,4]雪崩光電二極管 雪崩光電二極管(APD) (APD)對(duì)于返回探測(cè)器光功率很低的光纖陀螺特別適用 對(duì)于返回探測(cè)器光功率很低的光纖陀螺特別適用.事實(shí)上 事實(shí)上,APD ,APD 曾用于實(shí)驗(yàn)室階段 曾用于實(shí)驗(yàn)室階段的第一個(gè)光纖陀螺實(shí)驗(yàn)樣機(jī)中 的第一個(gè)光纖陀螺實(shí)驗(yàn)樣機(jī)中,這是由于那時(shí)的 這是由于那時(shí)的... ...&光電子

2、器件在光纖陀螺中的應(yīng) 光電子器件在光纖陀螺中的應(yīng)用作者姓名： 祝曙光作者單位： 北京大學(xué)區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室作者職務(wù)： 博士作者簡(jiǎn)介：[作者簡(jiǎn)介] 祝曙光,男,1972 年 11 月出生,現(xiàn)為北京大學(xué)區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的博士研究生,感興趣的研究方向包括：光纖陀螺、光存儲(chǔ)、光分組交換、光突發(fā)交換、光城域網(wǎng)和光接入網(wǎng)等。摘要:本文分析了目前光纖陀螺所用到的主要光電子器件,包括光源、多功能光電

3、集成芯片和光電檢測(cè)器。對(duì)于各器件,闡述了其工作原理和應(yīng)用現(xiàn)狀,并指出了某些相關(guān)的發(fā)展動(dòng)向和新的研發(fā)思路及方案。關(guān)鍵詞:光電子器件、光纖陀螺、光源、集成芯片、光電檢測(cè)器光纖陀螺在當(dāng)今的慣性傳感領(lǐng)域具有特殊的重要意義,發(fā)達(dá)國家對(duì)于其在軍事和民用領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)行了大量的研究,并取得了豐碩的成果。我國也已將光纖陀螺儀及其所構(gòu)成的導(dǎo)航系統(tǒng)作為慣性技術(shù)領(lǐng)域未來二十年的主攻方向。本文分析了目前光纖陀螺中所用到的主要光電子器件,對(duì)于各器件,闡述了其工作

4、原理和應(yīng)用現(xiàn)狀,并指出了某些器件的發(fā)展動(dòng)向,給出了新的研發(fā)思路和方案。光纖陀螺中所用到的光電子器件主要包括光源、多功能光電集成芯片和光電檢測(cè)器。一、光纖陀螺中的光源器件對(duì)于各種類型的光纖陀螺而言,光源始終是其極為關(guān)鍵的一個(gè)組成部分,在很大程度上,光源決定了光纖陀螺的精度及其它性能。不同種類或不同精度的光纖陀螺對(duì)光源的譜寬、功率及工作波長均有各自不同的要求。對(duì)于干涉型光纖陀螺而言,光源的譜越寬,就越有利于精度的提高,當(dāng)然,前提條件是光源的

5、輸出功率和波長穩(wěn)定性要保證在一定的水平；而對(duì)于諧振型光纖陀螺來說,由于其工作及檢測(cè)機(jī)理的不同,導(dǎo)致對(duì)光源譜寬的要求截然相反,一般要求光源譜寬保證在 100kHz 以內(nèi)。在現(xiàn)有技術(shù)條件下,提高光源的輸出及耦合功率,對(duì)于要求寬譜光源的干涉型光纖陀螺尤為重要,因?yàn)?增加光源的輸出及耦合功率,就可以改善陀螺中的信噪比,從而提高陀螺的檢測(cè)精度。而對(duì)于要求窄譜光源的諧振型光纖陀螺,解決光源輸出及耦合功率的問題,預(yù)計(jì)要來得容易些。中國圖象圖形網(wǎng)

6、www.image2003.com件)和穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電源,可在一定程度上改善波長的穩(wěn)定性,要想進(jìn)一步提高波長的穩(wěn)定性,則需采用直接的波長控制方法。另外,SLD 的輸出功率和與光纖的耦合效率都有待進(jìn)一步提高。國內(nèi) 44 所等單位研制生產(chǎn)的 SLD,限于半導(dǎo)體技術(shù),其工作波長均集中在 1300nm 波長段,尾纖采用單模光纖或保偏光纖,出纖功率為幾十至一百多微瓦,在實(shí)驗(yàn)室條件下已能基本滿足相關(guān)的要求,但在工程指標(biāo)方面,還存在可$&*性和

7、溫度特性差等急待解決的問題。根據(jù)以往公開報(bào)導(dǎo)的資料,SLD 主要用在中、低精度的軍用或民用光纖陀螺的研制中。有關(guān) SLD 的具體使用情況舉例,參見表 2[2,3,5,6,7]。3、光纖激光器[8]為了研制高性能慣導(dǎo)級(jí)光纖陀螺,最近出現(xiàn)了采用摻稀土光纖激光器作為陀螺光源的趨勢(shì),尤其是采用摻鉺光纖光源,其研制技術(shù)實(shí)際上是由研制摻鉺光纖放大器的技術(shù)(EDFA)發(fā)展而來,這種光源的優(yōu)點(diǎn)是：高功率、寬帶寬、非偏振發(fā)散和高耦合效率。典型光纖激光器原

8、理見圖 2。光纖激光器本質(zhì)上是一個(gè)波長轉(zhuǎn)換器,泵浦波長上的光子被介質(zhì)吸收,形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn),最后在摻雜(如鉺)光纖介質(zhì)中產(chǎn)生受激輻射而輸出激光。輸出激光的波長由摻雜到纖芯中的稀土元素離子所決定,因?yàn)椴煌⊥猎仉x子的光譜特性不一樣。大多數(shù)稀土元素在玻璃體基質(zhì)中的增益線寬可達(dá) 50nm,因此,光纖激光器可作為干涉型光纖陀螺的寬帶光源,而且,當(dāng)干涉型光纖陀螺采用全光纖結(jié)構(gòu)時(shí),光纖激光器作其光源的優(yōu)勢(shì)更明顯,因?yàn)?在全光纖結(jié)構(gòu)的光纖陀螺中,光纖

9、激光器的耦合效率要比非光纖光源的耦合效率大得多。另一方面,通過采取相應(yīng)壓窄線寬的措施,光纖激光器也可以作到窄線寬輸出,這使得光纖激光器不但可作為第一代光纖陀螺(即干涉型光纖陀螺)所需的寬帶光源,也可作為第二代光纖陀螺(即諧振型光纖陀螺)所需的窄帶光源。目前,光纖激光器壓線寬的方式主要有兩種：(1)重?fù)诫s+短腔方式,重?fù)诫s是為了在較短的光纖下使閾值功率下降到可以接受的水平；(2)Fox-Smith 諧振腔方式,Fox-Smith腔是一個(gè)復(fù)

10、合諧振腔,其優(yōu)點(diǎn)是在正常摻雜濃度下,既便腔長較長也可得到窄線寬。利用上述方法,在條件并不很苛刻的情形下就可獲得幾兆量級(jí)的單縱模線寬。光纖激光器目前的主要類型見表 3。光纖激光器以其優(yōu)異的性能吸引了國內(nèi)外眾多科研院所投入到該領(lǐng)域的研發(fā)中來。國外這方面的研究機(jī)構(gòu)有英國的南安普頓大學(xué)(電子工程系和物理系)、英國的通信研究實(shí)驗(yàn)室(BTL)、德國漢堡的技術(shù)大學(xué)、日本的三菱和美國的斯坦福大學(xué)等。國內(nèi) 80 年代末、90 年代初開始這方面研究,單位有