Полупроводниковый кольцевой лазер и его применение в качестве датчика вращения

• Автор: Акпаров, Владимир Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 с. : ил.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

ПКЛ - полупроводниковый кольцевой лазер ПОУ- полупроводниковый оптический усилитель ВВ - встречные волны
ЛГ-ГК/1-лазерный гироскоп на основе газового кольцевого лазера ВОГ - волоконно-оптический гироскоп ФП -Фабри-Перо
РОС - распределенная обратная связь РБЗ - распределенные брэгговские зеркала ВБР - волоконно-брэгговская решетка МЭМС- микро-электромеханическая система ВтАХ - Ватг-амперная характеристика РЧСА - радиочастотный спектр-анализатор ОСА-оптический спектр-анализатор ФП - фотоприемник

Содержание
Введение

Глава 1. Современное состояние работ по созданию пкл и датчиков

вращения на его основе

Общие положения и требования к полупроводниковым лазерам в зависимости от

условий их применения

Одночастотный режим генерации полупроводникового лазера
Инжекционные лазеры с распределенной обратной связью (РОС) и распределенным
брэгговским отражателем (БРО)
Полупроводниковые лазеры с внешним дисперсионным резонатором
Полупроводниковые лазеры с кольцевым волоконным резонатором
Характерные отличия лазеров с кольцевыми резонаторами
Конструкция КЛ и применения КЛ
Датчики вращения на эффекте Саньяка
Эффект Саньяка
Типы датчиков вращения на эффекте Саньяка
Выводы к главе
Глава 2. Создание полупроводниковых кольцевых лазеров с волоконным
резонатором с сохранением поляризации
Эпитаксиальные структуры
Конструктивные особенности волноводного слоя полупроводникового лазера
Способы формирования эпитаксиальных структур
Эпитаксиальные структуры, используемые в работе
Лазерные диоды
Классификация процессов изготовления активного элемента ПКЛ
Нанесение диэлектрических покрытий и фотолитографическое травление
мезаполосковых структур
Заращивание мезаполосковых структур и нанесение отражающих и просветляющих
покрытий
Оптическое волокно с сохранением поляризации
Ориентация РМ волокна
Активный метод ориентации РМ волокна
Формирование цилиндрических микролинз на торцах оптических волокон
Эффективность согласования лазерного диода оптическим волокном
Принципы конструирования полупроводникового кольцевого лазера
Полупроводниковый оптический усилитель
Направленный волоконный ответвитель с сохранением поляризации
Цилиндрические линзы
Фотоприемник. Фотодиод
Источник накачки и температурная стабилизация
Выводы к главе
Глава 3. Исследование основных характеристик ПКЛ
ВтАХ и спектры ПОУ и ПКЛ
Радиочастотный спектр. Биения продольных мод ПКЛ
Синхронизация мод ПКЛ. Генерация оптических импульсов
Глава 4. Конструкция датчика вращения и исследование его основных
характеристик
Влияние ширины линии ПКЛ на чувствительность датчика
Влияние катушки с волокном на масштабный коэффициент датчика
Радиочастотный спектр биений мод ПКЛ
Влияние длины и площади резонатора на работу датчика вращения
Методика расчёта угловой скорости из сигнала с ФП
Глава 5. Физико-математическая модель ПКЛ
Уравнения модели
Дисперсия в волоконном резонаторе
Граничные условия
Запаздывающая обратная связь
Метод расчета
Результаты расчета
Заключение
Перспективы дальнейших исследований
Список литературы

Датчики вращения на эффекте Саньяка
Эффект Саньяка
Идея использования кольцевого интерферометра в качестве датчика вращения была предложена Саньяком в 1913 году [52-53], но до изобретения лазеров интерферометр Саньяка не рассматривался в качестве альтернативы механическим гироскопам для измерения скорости вращения. Преимущество кольцевого лазерного гироскопа в качестве датчика вращения заключается в отсутствии движущихся частей, благодаря чему значительно повышается срок службы до ремонта, но главным преимуществом является более высокая чувствительность (наименьшее вращение, которое может чувствовать прибор). Чувствительность современных лазерных гироскопов находится на уровне 0,01 град/час [54].
Эффект Саньяка заключается в появлении разности фаз между встречными волнами в кольцевом резонаторе, если он вращается в плоскости. При этом оказывается, что разность фаз пропорциональна площади резонатора и угловой скорости. А также большое значение имеет периметр такого кольцевого резонатора. В случае пассивного резонатора, сдвиг фаз между встречными волнами оказывается пропорционален суммарной площади резонатора. В том случае если в качестве резонатора используется, например, катушка с волокном - тогда сдвиг фаз пропорционален числу витков и площади одного витка. Благодаря этому стало возможно добиться больших значений точности измерения угловых скоростей с помощью волоконно-оптических гироскопов (ВОГ). В ВОГ используется пассивный кольцевой интерферометр, в который запускается свет от внешнего лазерного или суперлюминесцентного источника.