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第1章　光纤陀螺基本原理 1

1.1　萨格奈克效应 2

1.1.1　真空中的萨格奈克效应 2

1.1.2　介质中的萨格奈克效应 3

1.2　互易性结构 4

1.3　开环IFOG的基本原理 6

1.3.1 开环光纤陀螺的基本组成 6

1.3.2　开环光纤陀螺的相位调制方法 7

1.3.3 开环光纤陀螺的检测原理 8

1.4 闭环IFOG的基本原理 9

1.4.1 闭环光纤陀螺的基本组成 9

1.4.2 闭环光纤陀螺的相位调制 10

1.4.3　反馈相移的产生和2π复位 13

1.4.4　光纤陀螺的闭环处理 14

1.4.5　干涉型光纤陀螺中的光学误差因素 14

1.5　谐振型光纤陀螺 16

1.5.1　光纤环形谐振腔 16

1.5.2　谐振型光纤陀螺结构组成和信号检测 18

1.5.3 误差因素 20

1.5.4　布里渊散射型光纤陀螺 20

第2章　光纤陀螺的光学误差 22

2.1　光子散粒噪声 22

2.2　光纤中的反射和瑞利散射问题 24

2.2.1　背向反射问题 24

2.2.2　背向瑞利散射 27

2.3　光纤陀螺中的偏振误差 32

2.3.1　保偏光纤陀螺中的偏振误差分析 34

2.3.2 消偏光纤陀螺的偏振误差 41

2.4　光纤陀螺中的Shupe效应 55

2.4.1 Shupe效应引起非互易性 56

2.4.2　光纤线圈的绕制 58

2.5　光纤陀螺中的法拉第效应 59

2.5.1 法拉第磁光效应的基本公式 59

2.5.2　光纤陀螺中法拉第相位误差的描述 60

2.5.3　采用保偏光纤抑制光纤陀螺中的法拉第效应 62

2.5.4 消偏器对单模光纤陀螺中法拉第效应的抑制 66

2.5.5　采用磁屏蔽抑制光纤陀螺中的法拉第效应 74

2.5.6　光纤陀螺磁场灵敏度的测量 75

2.6　光学克尔效应 76

第3章　开环光纤陀螺技术 79

3.1 开环光纤陀螺基本结构 79

3.2　开环光纤陀螺主要器件及其特性 80

3.2.1 光源 80

3.2.2　光纤耦合器 80

3.2.3　偏振器 84

3.2.4　消偏器 85

3.3 PZT相位调制器 88

3.3.1　原理及基本结构 88

3.3.2　温度特性 89

3.3.3　调制特性 89

3.4　信号检测技术 90

3.4.1 开环光纤陀螺相关解调技术 90

3.4.2　误差分析 92

3.4.3　信号检测方案 94

第4章　闭环光纤陀螺技术 98

4.1 闭环光纤陀螺的构成与特点 98

4.1.1 闭环光纤陀螺的构成 98

4.1.2 闭环光纤陀螺的特点 99

4.2 闭环光纤陀螺的相位调制解调和反馈技术 99

4.2.1 闭环光纤陀螺相位调制解调 99

4.2.2 闭环光纤陀螺的阶梯波反馈技术 101

4.3　数字闭环电路的实现方法 102

4.3.1 数字闭环电路的基本组成 102

4.3.2　光电探测器组件 104

4.3.3　A/D转换器的选择 104

4.3.4　数字滤波 105

4.3.5　2π复位电压修正回路 106

4.3.6　小角速率下2π复位电压的修正 107

4.3.7　光纤陀螺的数据输出方式 108

4.3.8　D/A转换器的位数选取 109

4.3.9　数据处理过程中的位数变化 110

4.3.10　Y波导的推挽式工作 111

4.4　数字闭环传递函数 112

4.4.1 数字闭环传递函数的理论推导 112

4.4.2　光纤陀螺动态特性的测试与分析 114

4.5 闭环光纤陀螺标度因数误差分析 115

4.5.1 闭环光纤陀螺的标度因数 115

4.5.2　影响闭环光纤陀螺标度因数的主要因素 117

4.5.3　光源平均波长变化引起的标度因数误差 118

4.5.4　反馈通道的增益变化引起的标度因数误差 119

第5章　光纤陀螺光学元器件 121

5.1 光纤 121

5.1.1　光纤的分类 121

5.1.2　单模光纤 122

5.1.3　保偏光纤 130

5.2　光源 135

5.2.1　光纤陀螺用光源的种类 135

5.2.2　三种类型半导体发光器件 136

5.2.3　超辐射发光二极管的结构与工艺 137

5.2.4　SLD性能指标与测试方法 142

5.2.5　SLD的可靠性寿命问题及解决措施 146

5.2.6　掺铒超荧光光纤光源（SFS） 147

5.3　Y波导集成光学器件 151

5.3.1　Y波导集成光学器件的结构与功能 152

5.3.2　Y形波导分束器 153

5.3.3　波导偏振器 155

5.3.4　波导相位调制器 158

5.3.5　器件制作工艺 162

5.3.6　器件的主要性能指标与检测方法 165

5.4　探测器组件 170

5.4.1　光电二极管 170

5.4.2　光电探测器组件 171

5.4.3 光电探测器组件的基本参数 172

第6章　光纤陀螺的应用 173

6.1　综述 173

6.1.1　惯性技术特点及应用 173

6.1.2　光纤陀螺的功能和应用领域 173

6.1.3　应用系统对光纤陀螺主要的性能要求 174

6.1.4　光纤陀螺应用系统设计 175

6.1.5　光纤陀螺应用系统的测试及试验 176

6.2　光纤陀螺在寻北系统（罗盘）中的应用 177

6.2.1 典型的寻北系统工作原理及用途 177

6.2.2　光纤陀螺寻北系统 178

6.2.3　寻北系统对光纤陀螺的要求 183

6.3　光纤陀螺在姿态测量系统中的应用 184

6.3.1 光纤陀螺在航向姿态参考系统中的应用 184

6.3.2　光纤陀螺在惯性稳定装置中的应用 187

6.3.3　光纤陀螺在飞行器姿态控制系统中的应用 188

6.3.4　姿态测量系统对光纤陀螺的要求 191

6.4　光纤陀螺在惯性导航系统中的应用 192

6.4.1　惯性导航系统原理与特点 192

6.4.2　光纤陀螺数学模型 195

6.4.3　加速度计数学模型 196

6.4.4　惯性导航系统解算方法 196

6.4.5　惯导系统误差简略分析 200

6.4.6　惯导系统初始对准 202

6.4.7　基于惯性导航系统的组合导航技术 204

6.4.8　光纤陀螺随机游走及其对惯性导航系统的影响 206

6.4.9　惯导系统对光纤陀螺的要求 208

附录A　光的基础知识 211

A1 光的基本概念 211

A1.1 光是电磁波 211

A1.2　平面波 212

A1.3　光程 214

A1.4　光强 214

A1.5　光波的偏振 215

A2　光的干涉原理 218

A2.1 光波的独立传播原理和叠加原理 218

A2.2　光的干涉 218

A2.3　光的相干性 221

A3　单模光纤中的双折射效应 222

A3.1　光学元件的琼斯矩阵表示 222

A3.2　单模光纤中的双折射效应 225

A3.2.1 内部因素引起的双折射效应 225

A3.2.2　外部因素引起的双折射效应 226

附录B　单模光纤理论分析 228

B1　波动方程的建立及解 228

B2　单模传输的条件 231

参考文献 232