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受激布里渊光纤陀螺的研究进展

期刊:中国光学期刊网

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作者及出版信息
本文由裴金成、杨熙春、朱汝德、向世清撰写,作者单位为中国科学院上海光学精密机械研究所。文章发表于2006年11月的《中国光学期刊网》第43卷第11期,题为《受激布里渊光纤陀螺》。

文章主题
本文综述了受激布里渊光纤陀螺(Brillouin Optical Fiber Gyroscope, B-FOG)的基本工作原理、国内外研究现状、关键技术问题及其解决方法,并对B-FOG的未来发展进行了展望。B-FOG是一种基于受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering, SBS)的光纤陀螺,具有结构简单、体积小、重量轻、灵敏度高等优点,被认为是最具吸引力的新一代光学陀螺之一。

主要观点及论据

1. B-FOG的基本工作原理
B-FOG的工作原理基于受激布里渊散射效应。当入射到光纤中的光强超过布里渊阈值时,光纤中会产生运动声波,进而引发SBS。两束反向传播的抽运光在环形谐振腔中产生两束反向的布里渊光,当谐振腔旋转时,两束布里渊光之间会产生频率差,通过测量该频率差即可获得旋转角速度。文章详细推导了B-FOG的数学模型,包括光在运动介质中的传播速度公式以及频率差与旋转角速度的关系。

2. 国内外研究现状
文章回顾了B-FOG的研究历史,指出自1980年首次提出B-FOG的概念以来,美国、德国、日本等国的研究机构在该领域取得了重要进展。国内的研究起步较晚,目前仅有北方交通大学从事相关研究,且仍处于理论研究阶段。文章列举了多个国际上的研究方案,如Kadiwar等人的全光纤型B-FOG、Zarinetchi等人的偏频去锁定方案、Raab等人的双抽运源方案等,并分析了这些方案的优缺点。

3. B-FOG的关键技术问题及解决方法
文章详细讨论了B-FOG在实际应用中面临的技术难点,包括单频SBS激光的稳定输出、锁定现象、角速度方向的判断、偏振波动、温度影响、光纤双折射特性以及克尔效应等。针对这些问题,文章总结了现有的解决方法,如偏频法、推拉式相位调制法、利用克尔效应消除锁定等,并分析了这些方法的适用性和局限性。

4. B-FOG的未来发展
文章指出,随着半导体激光器、光纤激光器及特种光纤制备技术的快速发展,B-FOG的研究瓶颈已被逐步突破,未来发展前景广阔。文章建议未来研究应重点关注新型抽运源及其耦合方式、信号解调和检测技术、偏振态控制技术以及光纤绕制技术等方面的创新,以实现B-FOG的实用化突破。

文章的意义与价值
本文系统总结了B-FOG的研究进展和关键技术问题,为相关领域的研究人员提供了全面的参考。文章不仅梳理了国内外研究现状,还提出了未来研究的方向,对推动B-FOG技术的发展具有重要意义。此外,文章对B-FOG的工作原理和数学模型的详细推导,为相关理论研究提供了重要的基础。

文章亮点
1. 系统性:文章从工作原理、研究现状、技术问题到未来发展,全面覆盖了B-FOG的各个方面。
2. 前瞻性:文章结合技术发展趋势,提出了B-FOG未来研究的重点方向,具有指导意义。
3. 详实性:文章列举了大量国内外研究案例,并对关键技术问题进行了深入分析,提供了丰富的参考资料。

本文是一篇具有较高学术价值的综述文章,对B-FOG领域的研究人员和工程技术人员具有重要的参考意义。

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