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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