Application of Supercontinuum in Optical Gyroscopy

Abstract

Робота присвячена вивченню проблеми використання лазерного випромінювання в режимі суперконтинууму у волоконно-оптичних гіроскопах. Для досягнення поставленої мети в роботі вирішувалися наступні завдання: описано фізику процесу вимірювання кутової швидкості об'єкта на основі ефекту Саньяка; проаналізовано фактори, що впливають на роздільну здатність гіроскопа. Ці фактори включають частковий шум, неминучий шум і шум через зворотне розсіювання у волокні, який можна мінімізувати за допомогою фотонно-кристалічних волокон і широкосмугового джерела випромінювання. В якості такого джерела пропонується використовувати оптичний суперконтинуум (оптичну гребінку). Завдяки надширокому спектру випромінювання, точності відтворення частоти, високій стабільності випромінювання та фемтосекундній тривалості імпульсу суперконтинуум вважається перспективним джерелом випромінювання в гіперспектральній спектроскопії та зображенні, томографії та інтерферометрії білого світла з низькою когерентністю. Проведено аналіз можливості використання оптичної гребінки в оптичній гіроскопії. Проведено математичне моделювання впливу характеристик оптичного волокна та параметрів суперконтинууму на чутливість волоконного гіроскопа. Результати роботи свідчать про перспективність подальших досліджень зі створення фотонно-кристалічного волоконно-оптичного гіроскопа з використанням лазерного випромінювання суперконтинууму.

The work is devoted to the study of the problem of using laser radiation in the supercontinuum mode in fiber optical gyroscopes. To achieve this goal, the following tasks were solved in the work. The physics of the process of measuring the angular velocity of an object based on the Sagnac effect is described. The factors influencing the resolution of the gyroscope are analyzed. These factors include fractional noise, unavoidable noise, and noise due to backscatter in the fiber, which can be minimized by using photonic crystal fibers and a broadband radiation source. It is proposed to use an optical supercontinuum (optical comb) as such a source. Thanks to its ultra-wide radiation spectrum, precision frequency reproduction accuracy, high radiation stability and femtosecond pulse duration, supercontinuum is considered as a promising radiation source in ranging, hyperspectral spectroscopy and imaging, tomography, and low-coherence white light interferometry. In the work of Lpischan, the physics of the supercontinuum generation process, its main characteristics. An analysis of the possibility of using an optical comb in optical gyroscopy has been carried out. Mathematical modeling of the influence of optical fiber characteristics and supercontinuum parameters on the sensitivity of a fiber gyroscope was carried out. The results of the work indicate the promise of further research on the creation of a photonic crystal fiber-optic gyroscope using supercontinuum laser radiation.