激光陀螺反射镜基片的光学散射特性研究
发布时间：2021-01-03 16:37
激光陀螺是以塞格纳克（sagnac）效应原理为基础的角加速度计,结构简单,可靠性强,寿命长。但激光陀螺内部反射镜产生的背向散射会产生闭锁效应,严重影响激光陀螺的导航精度。在解决闭锁效应时,中国沿用国外的散射理论,在以激光陀螺反射镜基片为基础的散射问题及光学表面分析代码研究上,国内也鲜有涉及。为降低激光陀螺的闭锁阈值,本课题主要研究了以下几个方面:本文明确了光学元件表面的表征方法,分析传统光学元件表面表征的局限性,对功率谱密度函数进行了介绍,推导出计算离散数据的功率谱密度函数公式,分析了原子力显微镜和轮廓仪在不同空间频率表面信息下的测量误差,得出完整表征元件表面功率谱密度函数的方法。推导出光学散射Beckmann-Kirchoff理论、Harvey-Shack理论和Rayleigh-Rice理论公式,分析入射光波长、表面自相关长度（Autocorrelation Length）和入射角分别对一维、二维散射情况的影响。通过散射测量实验验证散射理论推导结果的正确性,确定适用于激光陀螺反射镜基片的散射模型。分析激光陀螺运行原理,推导引入反射镜背向散射后激光陀螺运行基本公式。结合散射模型编写光学...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１激光陀螺仪基本结构图??－
?＿??，：Ｊ探測器??图１－１激光陀螺仪基本结构图??１９６３年，美国斯佩里公司率先研制出了激光陀螺仪。如图１－１所示，激光陀??螺依据ｓａｇｎａｃ效应，由四边形腔、反射镜、用于产生激光的阳极与阴极、探测器??等组成。激光陀螺启动迅速，稳定性较好，具有很强的抗冲击震动能力及抗过载??能力，且使用激光频差作为检测输入参数，在理论上能够实现很高的转速分辨率??与非常广的动态范围。另外，激光陀螺的结构简单、可靠性高、寿命长，可达数??万乃至十万小时以上、维护维修方便、成本较低［２］，因此激光陀螺仪得以受到重视??及研究。??激光陀螺作为一种角加速度计，如图１－２所示，主要应用在以下几个方面：??为高精度武器系统和战斗机提供制导和导航所需的即时速度、航向、姿态及??高度等空间位置信息％为舰艇、潜艇和制导鱼雷提供航向、航深、航速和位置等??基准数据
大于自相关长度时，称在该长度下是不具有相关性的。??功率谱密度函数，是指每单位频率波所携带的功率。对于光学元件表面而言，??在表面粗糖度均方根值，表面不平整度相同时，表面形貌仍然存在区别，如图２－１??所示。对此，可以将光学元件表面的起伏设想由不同频率的波叠加而成，而光学??元件表面的功率谱密度函数即是这些表面波携带的功率。??［／ＷＶＭ??图２－１?ＰＶ值与ＲＭＳ值相同时不同的表面形貌图??对于光学元件表面形貌，可以利用傅里叶变换，将其描述多个正弦波的合成，??对自相关函数进行傅里叶变换即为功率谱密度函数：??＼Ｚ（ｖｆ?＼＼ｚ｛ｘＹａｍｘｄｘ??ＰＳＤ?＝?＾?＝?—?＝?ｊ：ＡＣＦ（ｒ）ｅ＾ｄｒ?（２．７）??式中ｖ＾元件表面的空间频率（ｎｒ１）；??Ｚ（ｖ）——元件表面高度函数经傅里叶变换后得到的频谱函数（ｍ２）。??在实际计算过程中，由于采样长度２Ｚ并不能达到无限长，因此就相当于在时??域中对所得到的表面形貌高度函数乘上了一个矩形窗口。如图２－２所示。该矩形窗??－１０－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]腔长控制镜对激光陀螺动态特性的影响[J]. 马仰华,于文东,权冰心,韩宗虎,张伟. 中国激光. 2017(06)
[2]激光陀螺反射镜散射检测方法[J]. 韩宗虎,胡晓东. 中国惯性技术学报. 2015(04)
[3]激光陀螺变锁区现象的研究与讨论[J]. 樊振方,罗晖,卢广锋,胡绍民. 物理学报. 2012(18)
[4]随机粗糙面电磁散射特性的研究方法[J]. 曹金燕. 科学之友. 2011(01)
[5]基于Harvey-Shack表面散射理论的光学误差测量[J]. 杨智,戴一帆,王贵林. 光学学报. 2007(11)
[6]利用功率谱密度函数表征光学薄膜基底表面粗糙度[J]. 沈正祥,王占山,马彬,徐敬,陈玲燕. 光学仪器. 2006(04)
[7]功率谱密度（PSD）在评价超精密光学表面中的应用研究[J]. 刘耀红,滕霖,李大琪,张萧. 航空精密制造技术. 2006(02)
[8]陀螺仪的发展及应用[J]. 梁阁亭,惠俊军,李玉平. 飞航导弹. 2006(04)
[9]激光陀螺仪的分析及发展方向[J]. 岳明桥,王天泉. 飞航导弹. 2005(12)
[10]Modification of Classical SPM for Slightly Rough Surface Scattering with Low Grazing Angle Incidence[J]. Kim Cheyoung. Communications in Theoretical Physics. 2005(11)
博士论文
[1]光学元件吸收损耗的高灵敏度检测技术研究[D]. 张晓荣.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2015
[2]二频机抖激光陀螺双轴旋转惯性导航系统若干关键技术研究[D]. 魏国.国防科学技术大学 2013
硕士论文
[1]基于损耗特性的光学元件表面质量表征研究[D]. 张兴鑫.中国科学院研究生院(光电技术研究所) 2016
[2]微小颗粒光散射特性的理论与实验研究[D]. 韩晨.华中科技大学 2013
[3]激光陀螺反射镜基片相关检测技术研究[D]. 高玫.西安电子科技大学 2009
本文编号：2955138
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１激光陀螺仪基本结构图??－
?＿??，：Ｊ探測器??图１－１激光陀螺仪基本结构图??１９６３年，美国斯佩里公司率先研制出了激光陀螺仪。如图１－１所示，激光陀??螺依据ｓａｇｎａｃ效应，由四边形腔、反射镜、用于产生激光的阳极与阴极、探测器??等组成。激光陀螺启动迅速，稳定性较好，具有很强的抗冲击震动能力及抗过载??能力，且使用激光频差作为检测输入参数，在理论上能够实现很高的转速分辨率??与非常广的动态范围。另外，激光陀螺的结构简单、可靠性高、寿命长，可达数??万乃至十万小时以上、维护维修方便、成本较低［２］，因此激光陀螺仪得以受到重视??及研究。??激光陀螺作为一种角加速度计，如图１－２所示，主要应用在以下几个方面：??为高精度武器系统和战斗机提供制导和导航所需的即时速度、航向、姿态及??高度等空间位置信息％为舰艇、潜艇和制导鱼雷提供航向、航深、航速和位置等??基准数据
大于自相关长度时，称在该长度下是不具有相关性的。??功率谱密度函数，是指每单位频率波所携带的功率。对于光学元件表面而言，??在表面粗糖度均方根值，表面不平整度相同时，表面形貌仍然存在区别，如图２－１??所示。对此，可以将光学元件表面的起伏设想由不同频率的波叠加而成，而光学??元件表面的功率谱密度函数即是这些表面波携带的功率。??［／ＷＶＭ??图２－１?ＰＶ值与ＲＭＳ值相同时不同的表面形貌图??对于光学元件表面形貌，可以利用傅里叶变换，将其描述多个正弦波的合成，??对自相关函数进行傅里叶变换即为功率谱密度函数：??＼Ｚ（ｖｆ?＼＼ｚ｛ｘＹａｍｘｄｘ??ＰＳＤ?＝?＾?＝?—?＝?ｊ：ＡＣＦ（ｒ）ｅ＾ｄｒ?（２．７）??式中ｖ＾元件表面的空间频率（ｎｒ１）；??Ｚ（ｖ）——元件表面高度函数经傅里叶变换后得到的频谱函数（ｍ２）。??在实际计算过程中，由于采样长度２Ｚ并不能达到无限长，因此就相当于在时??域中对所得到的表面形貌高度函数乘上了一个矩形窗口。如图２－２所示。该矩形窗??－１０－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]腔长控制镜对激光陀螺动态特性的影响[J]. 马仰华,于文东,权冰心,韩宗虎,张伟. 中国激光. 2017(06)
[2]激光陀螺反射镜散射检测方法[J]. 韩宗虎,胡晓东. 中国惯性技术学报. 2015(04)
[3]激光陀螺变锁区现象的研究与讨论[J]. 樊振方,罗晖,卢广锋,胡绍民. 物理学报. 2012(18)
[4]随机粗糙面电磁散射特性的研究方法[J]. 曹金燕. 科学之友. 2011(01)
[5]基于Harvey-Shack表面散射理论的光学误差测量[J]. 杨智,戴一帆,王贵林. 光学学报. 2007(11)
[6]利用功率谱密度函数表征光学薄膜基底表面粗糙度[J]. 沈正祥,王占山,马彬,徐敬,陈玲燕. 光学仪器. 2006(04)
[7]功率谱密度（PSD）在评价超精密光学表面中的应用研究[J]. 刘耀红,滕霖,李大琪,张萧. 航空精密制造技术. 2006(02)
[8]陀螺仪的发展及应用[J]. 梁阁亭,惠俊军,李玉平. 飞航导弹. 2006(04)
[9]激光陀螺仪的分析及发展方向[J]. 岳明桥,王天泉. 飞航导弹. 2005(12)
[10]Modification of Classical SPM for Slightly Rough Surface Scattering with Low Grazing Angle Incidence[J]. Kim Cheyoung. Communications in Theoretical Physics. 2005(11)
博士论文
[1]光学元件吸收损耗的高灵敏度检测技术研究[D]. 张晓荣.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2015
[2]二频机抖激光陀螺双轴旋转惯性导航系统若干关键技术研究[D]. 魏国.国防科学技术大学 2013
硕士论文
[1]基于损耗特性的光学元件表面质量表征研究[D]. 张兴鑫.中国科学院研究生院(光电技术研究所) 2016
[2]微小颗粒光散射特性的理论与实验研究[D]. 韩晨.华中科技大学 2013
[3]激光陀螺反射镜基片相关检测技术研究[D]. 高玫.西安电子科技大学 2009
本文编号：2955138
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