研究方向

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课题组于2000年起开始谐振式光学陀螺的研究工作,在硅基二氧化硅波导上实现了谐振式集成光学陀螺,测试得到的陀螺效应是集成光学陀螺领域中国际上已有报道的最好结果,并在谐振式光学陀螺噪声机理、理论建模、实验测试等方面积累了丰富的理论和经验。目前主要取得了如下进展:
1)掌握了集成光学谐振腔优化设计技术,研制了多种结构谐振腔芯片。包括单圈单模集成光学谐振腔、单圈保偏集成光学谐振腔、多圈保偏集成光学谐振腔。谐振腔的清晰度达到60以上,根据计算,基于这种谐振腔的理论灵敏度可以达到1/小时量级。
2)提出并实现了基于调相谱技术的谐振式集成光学陀螺结构方案,利用比例积分(PI)控制技术实现了光频率的跟踪锁定。在此基础上,研究了主要光学噪声,建立了噪声测试方法,提出了噪声抑制措施。例如研究表明,利用目前最好的工艺条件研制的硅基二氧化硅谐振腔芯片,其背散射噪声可以高达4500deg/s,如果采用载波抑制技术,则可以大幅度降低该噪声。
3)和日本东京大学Hotate教授课题组合作,2009年首次在腔长为厘米量级的硅基二氧化硅光波导谐振腔芯片上,将谐振式微型光学陀螺的原理样机精度从国际普遍的几十度/秒提高到0.46/Proc. of SPIE Vol.7503, 750353, OFS20, Edinburgh, 2009)。2011年,课题组利用双频组合调制技术,进一步抑制背向散射噪声,同时通过进一步优化环路参数,原理样机短时零偏稳定性38 °/hOptics Express, 2011, vol.19, p.4632),并进行了0.1 °/s—550 °/s陀螺实际转动信号应的测试(OFS21-277, Ottawa, Canada, May 15-19, 2011)。上述研究成果均是国际上已有报道的集成光学陀螺的最好水平。
4)在腔长为16的谐振式光纤陀螺系统中,研制了基于单片FPGA数字信号检测电路,最终建立了全数字化的谐振式光纤陀螺实验系统,1小时内的零偏稳定达到28.3 deg/h。其长期稳定性达到国内外文献报道的采用小型化光纤激光器条件下的最好性能(杨志怀,浙江大学博士学位论文,2010)。
在上述实验等进展基础上,课题组在谐振式光学陀螺研究上发表相关学术论文40余篇,并在关键元器件、信号处理和系统设计上拥有自主知识产权。
涉及的相关技术:硅基二氧化硅光波导谐振腔、保偏光纤环形谐振腔技术、谐振式光学陀螺系统建模与仿真、基于单片FPGA的高精度数字锁相解调技术、高精度激光频率伺服回路技术、光源等光学器件测试技术。

附:授权发明专利
1)谐振腔光纤陀螺的三角波相位调制方法及其装置. ZL 2007 1 0066795.6
(2)光波导环形谐振腔基本结构参数的测试装置及其方法. ZL 2008 1 0059429.2
3)无交叉点的空间型集成光学多圈环形谐振腔. ZL 2007 1 0157139.7
4)谐振式光学陀螺数字闭环系统频率反馈跟踪锁定装置及方法. ZL 2008 1 0059114.8
5)基于坐标旋转数字计算机算法的谐振式光纤陀螺信号检测装置. ZL 2009 1 0149274.6
6)一种光路复用的三轴一体化谐振式光纤陀螺. ZL 2009 1 0097337.8
7)双信号组合调制的微型谐振式光学陀螺的检测装置及方法. ZL 2009 1 0095203.2
8)一种谐振式光学陀螺仿真方法. ZL 200910100456.4
9)一种基于CORDIC算法的数字锁相放大器. ZL 200910101089.X
10)基于外差技术测试相位调制器半波电压的装置及方法. ZL 2009 1 0153959.5
 
主要学术论文:
期刊论文
1.         Polarization maintaining silica waveguide resonator optic gyro using double phase modulation technique. Optics Express, 2011, 19(5): 4632-4643.
2.         Reduction of backscattering induced noise by carrier suppression in waveguide-type optical ring resonator gyro. J. of Lightwave Technology, 2011, 29(1): 85 -90.
3.         Transient response of a resonator fiber optic gyro with triangular wave phase modulation. Applied Optics, 2010, 49(32): 6253-6263.
4.         Zero-deviation effect in a resonator optic gyro caused by nonideal digital ramp phase modulation. Optics and Lasers in Engineering, 2010, 48(10): 933-939.
5.         Measurements of excess loss of the crossed waveguide using optical waveguide ring resonators. Optics Communications, 2008.12, 281(24), 6016-6018.
6.         Silica waveguide ring resonators with multi-turn structure. Optics Communications, 2008.5, 281(9), 2509-2512.
7.         Waveguide-type Optical Passive Ring Resonator Gyro Using Phase Modulation Spectroscopy Technique. Optical Engineering, 2006, 45(8): P080506-1--P080506-3
8.         Open-loop experiments in a resonator fiber-optic gyro using digital triangle wave phase modulation. IEEE Photonics Technology Letters, 2007, 19(20): 1685-1687.
9.         Dynamic resonance characteristic analysis of fiber ring resonator. Optical Fiber Technology, 2009.1, 15(1); 15-20.
10.     Experiments by PM spectroscopy in resonator fiber optic gyro. Optical Fiber Technology, 2007, 13, (2):135-138.
11.     Ringing phenomenon of the fiber ring resonator. Applied Optics, 2007, 46(22):4890-4895.
12.     Resonator fiber optic gyro using the triangle wave phase modulation technique. Optics Communications, 2008, 281(4): 580-586.
13.     Dynamic characteristics of R-FOG based on the triangle wave phase modulation technique. Optics Communications, 2008, 281(21): 5340-5343.
14.     Open-loop operation experiments in a resonator fiber optic gyro using the phase modulation spectroscopy technique. Applied Optics, 2006, 45(31): 7961-7965.
15.     CORDIC algorithm based digital detection technique applied in resonator fiber optic gyroscope, 2009, 15(3): 328-331.
16.     二氧化硅光波导环形谐振腔的背向散射特性研究. 中国激光. 2010.1, 37 (1): 105-109
17.      保偏SiO2光波导环形谐振腔温度特性研究; 光电子激光, 2009.8, 20(8), 1029-1032
18.     二氧化硅光波导环形谐振腔. 中国激光. 2005, 32 (10): 1330-1332
19.     谐振腔光纤陀螺信号检测方法的研究. 中国激光, 2004, 31(8): 1001-1005.
20.     激光器线宽对光纤环形谐振腔谐振特性的影响. 中国激光. 2003, 30 (8): 30(8): 731-734.
21.     一种应用于谐振式微型光学陀螺的高频锁相放大器的设计.传感技术学报, 2005, 18(4): 863-866
22.     谐振式光纤陀螺调相谱检测技术中的光克尔效应. 中国激光, 2006, 33(6), pp. 814-818
23.     调相谱检测技术下谐振式光纤陀螺实验研究.传感技术学报, 2006, 19(3): 800-803
24.     An Open-Loop Test of a Resonator Fiber Optic Gyro, 半导体学报, 2006, 27(4): 688-691
25.     基于有限差分的大角度交叉波导光束传输法. 中国激光, 2008.2, 35(2): 231-234
26.     大角度交叉波导通用模型及其验证. 光电子激光, 2008.9, 19(9), 1192-1195;
27.     谐振式光纤陀螺数字锁相放大器. 浙江大学学报(工学版),2008, 42(4):622-626
28.     基于调相谱技术的谐振式光纤陀螺检测电路数字化研究2009, 36(6): 1379-1483
29.     振式微型光学陀螺锁频精度分析. 浙江大学学报(工学版),2010,44(1): 94-98
30.     数字调制谐振式光纤陀螺中阶梯波复位误差的分析中国激光, 2004, 31(9): 1107-1111
31.     谐振式光纤陀螺数字闭环系统锁频技术研究,中国激光,2007, 34(6): 814-819
 
国际会议论文:
1.      Sensitivity improvement of waveguide-type optical passive ring resonator gyroscope by carrier suppression. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, v 7503, 2009, 20th International Conference on Optical Fiber Sensors
2.      Laser frequency noise limited sensitivity in a resonator optic gyroscope. 15th OptoElectronics and Communications Conference, OECC2010, Sapporo, Japan, July 5, 2010 - July 9, 2010, pp. 706-707, 2010
3.       Resonator micro-optic gyroscope based on the double phase modulation technique. Lasers and Electro-Optics/Quantum Electronics and Laser Science Conference: 2010 Laser Science to Photonic Applications, CLEO/QELS 2010, May 16, 2010 - May 21, 2010, San Jose, CA, United states, Article number 5499809
4.       Resonator fiber optic gyroscope with an all digitalized system. ISSCAA2010 - 3rd International Symposium on Systems and Control in Aeronautics and Astronautics, p 815-818, 2010, ISSCAA2010 - 3rd International Symposium on Systems and Control in Aeronautics and Astronautics
5.       Long-term Bias Stability Improvement of Resonator Micro Optic Gyroscope. 2nd Asia-Pacific Optical Sensors (APOS) Conference, June 28-30 June, 2010, Guangzhou, China. Paper We 8.
6.       New method to measure the half-wave voltage of the phase modulator based on the resonator optic gyro. 2nd Asia-Pacific Optical Sensors (APOS) Conference, June 28-30 June, 2010, Guangzhou, China. Paper Tu6.
7.       Resonator micro optic gyro with double phase modulation technique using an FPGA-based digital processor. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, Vol.7753, 21st International Conference on Optical Fiber Sensors, Ottawa, Canada, May 15, 2011 - May 19, 2011, Article number 77531H.