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光学陀螺作为一种惯性器件，从20世纪60年代开始起步，已经历了半个世纪的发展。作为谐振型光学陀螺代表的激光陀螺，已经在航空、船舶等领域取得了巨大应用成就，充分发挥了光学陀螺的高性能、高可靠优势。
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| 內容簡介： |
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本书是介绍光学陀螺仪*进展的学术专著，内容包括：光电子学的基础知识；光学陀螺仪及其关键器件的工作原理、结构、设计方法与研究进展；光学陀螺的导航系统。为了开发具有我国自主知识产权的新型光学陀螺产品，本书还探讨了多种新型光学陀螺仪的可行性，包括激光陀螺仪、光纤陀螺仪和集成光学陀螺仪。本书可供电子工程、微电子、精密仪器与机械等专业的高校师生、研究院所的科研人员及生产企业的技术人员阅读参考。
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| 目錄：
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目录引论参考文献第1章波动光学1.1光的电磁波性质1.2Maxwell方程1.3光在自由空间中的传播1.4Gauss光束1.5光的偏振1.6双光束干涉1.7多光束干涉1.8光的相干性1.9光的衍射1.10Fresnel衍射1.11Fraunhofer衍射1.12衍射光栅1.13光学仪器的分辨率参考文献第2章集成光电子学2.1概述2.2平面光波导2.3平面波导的光传播模式2.4单模的平面波导2.5光波导模式的有效折射率2.6波导模式的电磁学描述2.7GoosHnchen位移2.8脊形波导2.9波导的传输损耗2.10弯曲波导2.11波导与光路的耦合2.12光波导传输损耗的测量参考文献第3章光纤光学3.1概述3.2光纤结构3.3光纤传输损耗3.4双折射与偏振光纤3.5光纤材料3.6光纤元件参考文献第4章量子光学4.1光的产生与辐射4.2Plank热辐射理论4.3光电效应4.4辐射压力与Compton效应4.5氢原子的光谱系列4.6Boor氢原子模型4.7Frank和Hertz的实验4.8氢原子的量子物理学模型4.9自由粒子的运动4.10在无限高墙一维势能阱中的粒子4.11线性简谐振荡器4.12矩形势能门槛的反射与透射4.13有限宽度的矩形势能障碍区4.14隧道效应4.15受激辐射与激光器参考文献第5章激光振荡5.1激光的特性5.2原子辐射5.3激光产生的条件5.4激光光谱与增宽5.5激光泵浦参考文献第6章半导体激光器6.1半导体基础知识6.1.1能带与Fermi能级6.1.2半导体中的光吸收与光增益6.2半导体激光器的种类6.2.1同质结激光器6.2.2异质结激光器6.2.3量子阱激光器6.2.4垂直腔表面发射半导体激光器6.3半导体激光器的材料6.4激光二极管的输出特性6.5超辐射发光二极管参考文献第7章光学陀螺系统的设计方法7.1概述7.2干涉型光学陀螺仪的设计方法7.2.1闭环式干涉型光学陀螺仪的系统结构7.2.2抑制标度因数误差的方法7.2.3抑制零位漂移的方法7.2.4抑制随机游走的方法7.2.5战术级产品设计的实例7.2.6战略级产品设计的实例7.3谐振型光学陀螺仪的设计方法7.3.1双向环形激光器的设计方法7.3.2光路控制方法7.3.3抖动偏频装置的设计方法7.3.4读出装置的设计方法7.3.5导航级产品设计的实例参考文献第8章窄带二极管激光器8.1概述8.2谐振型集成光学陀螺对光源的要求8.3二极管激光器用于有源腔集成光学陀螺的可行性8.4分布反馈式二极管激光器的研制8.5分布反馈式二极管激光器的设计方法8.6外腔式二极管激光器的设计方法8.7二极管激光器线宽的测试方法参考文献第9章宽带光源9.1超辐射发光二极管9.1.1SLD工作原理9.1.2管芯的封装9.1.3外延层的设计与工艺9.1.4外延层的性能参数9.1.5纵向结构的设计9.1.6光谱特性的测试9.1.7光功率特性的测试9.1.8偏振特性的测试9.2掺铒超荧光光纤光源9.2.1放大自发辐射9.2.2双程与单程结构9.2.3仿真计算9.2.4功率特性9.2.5光谱特性9.2.6光谱特性的温度稳定性9.2.7光纤陀螺对掺铒光纤光源的反馈作用参考文献第10章集成光电子器件10.1概述10.2无源平面光波导材料的淀积10.3光刻工艺10.4干法刻蚀工艺10.5离子交换工艺10.6无源Sagnac效应敏感环10.7有源Sagnac效应敏感环参考文献第11章反射镜式激光陀螺11.1激光陀螺发展历程11.2反射镜式激光陀螺总体方案11.2.1三角形谐振腔激光陀螺和四边形谐振腔激光陀螺11.2.2单轴激光陀螺和三轴激光陀螺11.2.3激光陀螺的偏频方案11.2.4激光谐振腔的模式选择11.3反射镜式二频激光陀螺11.3.1反射镜式激光谐振腔的稳定性设计11.3.2抖动偏频激光陀螺11.3.3速率偏频激光陀螺11.3.4磁镜偏频激光陀螺11.3.5塞曼偏频激光陀螺11.4反射镜式四频激光陀螺11.4.1法拉第偏频激光陀螺的基本原理11.4.2非共面谐振腔的设计方案11.4.3法拉第偏频组件11.4.4法拉第偏频激光陀螺的特点参考文献第12章全反射棱镜式激光陀螺12.1全反射棱镜式激光陀螺工作原理12.1.1布儒斯特角12.1.2全反射12.1.3全反射棱镜式激光陀螺工作原理12.1.4全反射棱镜式激光陀螺的特点12.2全反射棱镜式激光陀螺误差分析12.2.1全反射棱镜式激光陀螺自洽场方程组12.2.2无源环形腔中波动方程的解12.2.3全反射棱镜式激光陀螺自洽方程组12.2.4全反射棱镜式激光陀螺比例因子修正12.2.5全反射棱镜式激光陀螺零位漂移12.2.6全反射棱镜式激光陀螺闭锁效应12.3全反射棱镜式激光陀螺设计技术12.3.1全反射棱镜式激光谐振腔设计12.3.2频率控制系统设计12.3.3光强控制系统设计12.3.4抖动偏频系统设计12.4全反射棱镜式激光陀螺检测技术12.4.1全反射棱镜式激光陀螺应力检测12.4.2全反射棱镜式激光陀螺增损比检测12.4.3全反射棱镜式激光陀螺模态检测12.4.4全反射棱镜式激光陀螺阈值电压检测12.5全反射棱镜式双纵模激光陀螺12.5.1全反射棱镜式激光陀螺自适应双纵模稳频技术12.5.2双纵模自偏频理论参考文献第13章激光陀螺捷联惯性导航系统13.1激光捷联惯导系统设计通则13.1.1激光捷联惯导系统的基本组成13.1.2激光捷联惯导系统的力学编排13.1.3激光捷联惯导系统的误差模型13.1.4激光捷联惯导系统的基本导航算法13.1.5激光捷联惯导系统的电气设计13.1.6激光捷联惯导系统的结构设计13.2抖动偏频激光捷联惯导系统13.2.1抖动偏频激光陀螺仪表级预处理13.2.2抖动偏频激光陀螺IMU的标定13.2.3系统内杆臂补偿13.2.4惯导系统温度补偿13.2.5抖动偏频激光捷联惯导系统的典型应用13.3法拉第偏频激光捷联惯导系统13.3.1法拉第偏频激光陀螺寻北仪13.3.2法拉第偏频激光捷联惯导系统的典型应用13.4速率偏频激光捷联惯导系统13.4.1系统设计13.4.2速率偏频激光捷联惯导系统的典型应用13.5激光陀螺在常规弹药中的应用13.5.1传递对准技术13.5.2几种精确制导弹药参考文献第14章激光陀螺系统的结构14.1概述14.2棱镜式激光陀螺仪14.3反射镜式激光陀螺仪14.4无源腔激光陀螺仪14.4.1无源腔激光陀螺的实验装置14.4.2闭锁阈值的测试方法14.4.3闭锁阈值的测试结果14.5固态激光陀螺仪14.6脉冲式激光陀螺仪14.6.1脉冲式染料激光陀螺的实验研究14.6.2脉冲式钛宝石激光陀螺的实验研究14.6.3脉冲式激光陀螺原理样机的设计14.6.4脉冲式激光陀螺的设计14.7微型激光陀螺仪参考文献第15章干涉式光纤陀螺仪15.1光纤陀螺最小互易结构15.2干涉式光纤陀螺技术方案15.2.1光学结构15.2.2信号处理方法15.3战略级光纤陀螺技术15.3.1战略级光纤陀螺器件技术15.3.2战略级光纤陀螺系统技术15.3.3战略级光纤陀螺研究现状15.4光子晶体光纤陀螺15.4.1光子晶体光纤15.4.2光子晶体光纤陀螺的关键技术15.4.3光子晶体光纤陀螺的研究现状15.5光纤陀螺空间应用技术15.5.1光纤辐射效应及其对陀螺的影响15.5.2抗辐照加固技术15.5.3耐热真空设计15.5.4故障诊断与重构参考文献第16章光纤陀螺及其导航系统16.1光纤捷联惯性导航系统16.2光纤捷联惯性导航系统误差模型16.2.1器件误差模型16.2.2系统误差模型16.3光纤捷联惯性导航系统标定与对准方法16.3.1器件级及系统级标定16.3.2静基座对准16.3.3飞行对准及传递对准16.4光纤捷联惯性导航系统的应用16.4.1陆用光纤陀螺惯性导航系统16.4.2航空光纤捷联惯性导航系统16.4.3海用光纤捷联罗经16.4.4弹用光纤捷联惯性导航系统16.4.5空间应用光纤捷联惯性导航系统16.4.6民用光纤捷联惯性导航技术参考文献第17章循环干涉型光学陀螺17.1概述17.2循环干涉型光纤陀螺的系统方案17.3循环干涉型光纤陀螺的理论分析17.3.1光强传递函数17.3.2标度因数17.3.3信噪比和分辨率17.3.4正弦调制特性分析17.4循环干涉型光纤陀螺的实验17.4.1光波多次循环的实验验证17.4.2循环干涉型光纤陀螺的系统实验17.5有源循环干涉型光纤陀螺参考文献第18章集成光学陀螺仪18.1概述18.2发展历程18.2.1有源集成光学陀螺18.2.2无源集成光学陀螺18.3总体方案18.3.1光学元器件18.3.2波导谐振腔18.3.3信号检测方案18.4误差分析18.4.1背向散射噪声18.4.2偏振噪声18.4.3克尔噪声参考文献附录A量子光学中的数学工具A.1随机变量的统计特性A.2随机过程的统计特性A.3量子物理学的基本定律A.4不确定性关系与Schrdinger方程A.5量子物理学中的算子及其特性A.6重要物理量的算子A.7算子形式的Schrdinger方程附录BSagnac效应附录C捷联惯性导航系统基础理论知识C.1捷联惯性导航系统概述C.2捷联惯性导航系统常用坐标系定义C.3坐标系之间的关系C.4捷联惯导系统算法编排名词索引〖＝（〗
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光学陀螺作为一种惯性器件，从20世纪60年代开始起步，已经历了半个世纪的发展。作为谐振型光学陀螺代表的激光陀螺，已经在航空、船舶等领域取得了巨大应用成就，充分发挥了光学陀螺的高性能、高可靠优势。作为干涉型光学陀螺代表的光纤陀螺，逐步从满足战术武器、近中程导弹应用需求，扩展到了可满足航天、航空、船舶等领域的高精度应用需求。更为重要的是，由于光纤陀螺可大批量生产而降低成本，未来具有更广阔的应用前景。基于Sagnac效应的光学陀螺技术并未满足于已经成熟应用的激光陀螺和光纤陀螺，而是随着技术发展不断涌现新的类型，例如已经相对成熟的新型光学陀螺包括谐振型的集成光波导陀螺、基于光子晶体光纤的干涉型光纤陀螺和谐振型光纤陀螺等。这些新的技术将极大地推动光学陀螺向更高精度、更小体积和重量方向发展。在光学陀螺技术领域，美国一直对我国实行严格的技术封锁。我国只能引进少量俄国和法国的产品。通过测试国外产品性能和生产技术的自主创新，我国迅速实现了光学陀螺产品国产化，满足了国防装备的需要。在研究和开发光学陀螺产品中，西安北方捷瑞光电科技公司和北京航空航天大学取得了丰硕的生产成果，满足了我国有关武器装备的需要。清华大学承担国防预先研究项目，在光学陀螺定位定向系统和集成光学陀螺技术两个方面取得了研究进展。新型光学陀螺产品的发展方向是： ①保证战略武器装备的精度要求； ②采用集成光电子器件实现微型化。本书由清华和北方捷瑞公司、北航的有关学者共同撰写，侧重对新型光学陀螺原理、关键技术、关键器件及其应用等最新研究进展和成果进行分析、介绍，目的是推动新型光学陀螺技术发展，满足惯性器件行业研究人员了解新技术发展动态的需要。参与本书编写的作者及其分工是：章燕申（清华大学），编写引论、第1、4、7、14章和附录A；张春熹（北京航空航天大学），编写第16章和附录C；蒋军彪（中国兵器工业集团公司第203研究所），编写第11~13章；冯丽爽（北京航空航天大学），编写第18章；金靖（北京航空航天大学），编写第15章和附录B；伍晓明（清华大学），编写第2、3、5、6、8~10、17章。除以上作者外，西安理工大学的刘建宁、贵州大学的马家军、中国兵器工业集团公司第203研究所的谭鹏立分别参加了第11、12章和第13章的编写。全书最后由章燕申和伍晓明整理和统稿。由于我们水平有限、编写时间仓促，书中错讹之处在所难免，敬请读者给予批评指正。张春熹2016年10月于北京
导航是一门军、民两用的工程技术。虽然国民经济中的多个部门离不开导航技术，例如，海运和民用航空等，但是国防军事斗争的需求始终是推动导航技术发展的主要动力。在第二次世界大战中，德国对英国发射了大量导弹。在这些导弹中，不仅装备了控制飞行的自动驾驶仪，还首次装备了自动定位装置（陀螺积分加速度计和计算器）。由此开始，惯性导航成为导航技术的一个重要组成部分。在V1型巡航导弹中，需要在制导系统中预设目标点的地理位置。当导弹到达目标点上空时，制导系统将控制导弹着陆。在 V2型弹道导弹中，需要在制导系统中预设导弹主动飞行段的地理位置、高度和飞行速度。当导弹到达主动飞行段的终点时，制导系统将发出指令关闭导弹发动机。此后，导弹将按照抛射物体的弹道继续飞行直到落地。应当指出，在上述两种导弹的制导系统中，都采用了滚珠轴承结构的陀螺仪和陀螺积分加速度计。它们的精度很低，导致导弹的落地点误差较大，因而未能对战争的胜负产生重大影响。20世纪50年代，世界进入冷战时期。发展核打击力量成为美国和前苏联的国防军事战略。洲际弹道导弹、远程轰炸机以及战略核潜艇，成为投掷核弹头的三大运载工具。研制新型的惯性导航系统成为美国和前苏联高度重视的科研项目。按照陀螺仪性能指标中的零偏稳定性零偏稳定性来划分，现有陀螺产品分为以下5个档次：（1） 低精度陀螺仪10h；（2） 战术级陀螺仪1~10h;（3） 中精度陀螺仪0.1~1h;（4） 导航级陀螺仪0.001~0.1h;（5） 战略级陀螺仪
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