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第1章 绪论 1

1.1 惯性技术与激光陀螺 1

1.2 激光陀螺发展历程 3

1.3 非共面谐振腔与四频激光陀螺 5

第2章 激光陀螺基础及典型激光陀螺 8

2.1 萨格奈克效应 8

2.2 环形谐振腔与偏频技术 11

2.2.1 环形谐振腔 11

2.2.2 环形谐振腔的特征 14

2.2.3 闭锁效应与偏频 15

2.2.4 激光陀螺的分类 16

2.3 典型的激光陀螺 17

2.3.1 抖动偏频激光陀螺 17

2.3.2 速率偏频激光陀螺 20

2.3.3 法拉第偏频激光陀螺 23

2.3.4 塞曼偏频激光陀螺 25

2.3.5 磁镜偏频激光陀螺 26

2.4 各种偏频激光陀螺的优缺点 27

第3章 非共面谐振腔 29

3.1 非共面谐振腔的历史演变 29

3.1.1 雷神公司的研制历程 29

3.1.2 利顿公司的研制历程 31

3.2 非共面谐振腔基本理论 34

3.2.1 非共面谐振腔的本征特性 34

3.2.2 非共面谐振腔几何参数理论 43

3.2.3 光束传输矩阵及非共面腔高斯光束 50

3.3 非共面谐振腔的限定条件 56

3.3.1 谐振腔放电孔系及光轴参数基本要求 56

3.3.2 频率分裂的限定条件 58

3.3.3 非增益中心工作的增益和损耗比值的限制条件 60

3.3.4 非共面谐振腔装配参数要求 61

3.3.5 非共面谐振腔工程实现限制条件 63

3.4 不含腔内元件的非共面谐振腔计算和分析 65

3.4.1 对称非共面谐振腔公差评估 65

3.4.2 非共面谐振腔高斯光束空间特性和光阑计算 67

3.4.3 非共面谐振腔偏振特性计算及优化 84

第4章 非共面激光陀螺偏频的物理效应 101

4.1 磁光效应与磁光材料 101

4.1.1 磁光效应 101

4.1.2 磁致旋光材料及特性 102

4.1.3 磁光器件及其应用 104

4.2 塞曼效应 105

4.2.1 正常塞曼效应 105

4.2.2 反常塞曼效应 107

4.2.3 塞曼效应的偏振特性 108

4.3 法拉第效应 110

4.3.1 法拉第效应的宏观理论 110

4.3.2 法拉第效应的经典电子动力学理论 112

4.3.3 法拉第效应的量子理论 115

4.3.4 法拉第效应的琼斯矢量表达 116

第5章 塞曼激光陀螺 119

5.1 塞曼激光陀螺基本原理 119

5.1.1 塞曼偏频原理和技术 119

5.1.2 塞曼激光陀螺的非共面谐振腔 122

5.1.3 二频塞曼激光陀螺 123

5.1.4 四频塞曼激光陀螺 127

5.2 塞曼激光陀螺的增益特性 128

5.2.1 气体激光器直流放电 128

5.2.2 塞曼激光陀螺放电 135

5.2.3 塞曼激光陀螺增益 140

5.3 塞曼偏频激光陀螺误差理论 149

5.3.1 相向传播光束的能量耦合与闭锁效应 150

5.3.2 偏频引入的误差 154

5.3.3 增益介质引起的误差 155

5.3.4 解调引起的量化误差 157

5.3.5 塞曼激光陀螺的极限精度 159

5.4 塞曼偏频激光陀螺环境适应性 160

5.4.1 二频塞曼激光陀螺磁灵敏度及磁屏蔽 160

5.4.2 二频塞曼激光陀螺抗冲击振动特性 164

5.4.3 二频塞曼激光陀螺的温度适应性 165

第6章 法拉第偏频组件 172

6.1 法拉第偏频组件要求 172

6.2 法拉第元件及测试系统 176

6.2.1 法拉第旋光元件材料选择 176

6.2.2 法拉第旋光元件损耗测试系统 179

6.2.3 法拉第旋光元件应力影响及测试 183

6.3 法拉第偏频磁场 191

6.3.1 永磁体材料选取 191

6.3.2 偏频磁场非均匀性的影响 192

6.3.3 法拉第偏频组件漏磁的影响 195

6.3.4 法拉第偏频组件永磁体磁路分析 196

第7章 含法拉第旋光元件的非共面谐振腔 207

7.1 几何光路及公差 207

7.2 高斯光束空间特性计算和光阑设计 214

7.2.1 高斯光束空间特性计算 214

7.2.2 光阑计算 220

7.3 偏振特性分析 223

7.3.1 理想情况下的腔内频率、偏振和损耗特性分析 223

7.3.2 实际情况下的腔内频率、偏振和损耗特性分析 224

7.3.3 频率、偏振和损耗特性的测试 226

7.4 输出信号的合成 229

7.4.1 输出合成信号的数学模型 229

7.4.2 合光棱镜角度计算 233

第8章 非共面四频激光陀螺 234

8.1 四频环形腔行波场的半经典理论 234

8.1.1 激光电磁场方程 235

8.1.2 二频环形激光陀螺自洽方程 238

8.1.3 四频环形激光陀螺自洽方程 241

8.2 增益介质的色散效应模型 248

8.2.1 色散效应的经典理论模型 248

8.2.2 自洽方程的色散效应模型 250

8.3 非共面四频激光陀螺的误差理论 253

8.3.1 信号读出及解调 253

8.3.2 误差理论及分析 263

8.3.3 非共面四频激光陀螺的指标体系 272

8.4 非共面四频激光陀螺控制技术 277

8.4.1 控制系统原理 277

8.4.2 控制系统实现 300

第9章 三轴非共面四频激光陀螺 305

9.1 三轴激光陀螺的发展 305

9.2 三轴非共面四频激光陀螺方案 306

9.2.1 菱形十二面体结构方案 307

9.2.2 四面体结构方案 313

第10章 非共面激光陀螺典型应用 317

10.1 激光陀螺惯性导航系统优点 317

10.1.1 激光捷联惯性导航系统 318

10.1.2 非共面四频激光捷联惯性导航系统 318

10.2 非共面四频激光陀螺的应用 319

10.2.1 惯性导航基本原理 319

10.2.2 捷联惯性导航系统 320

10.2.3 非共面四频激光捷联惯性导航系统组成 324

10.2.4 非共面四频激光捷联惯性导航系统典型产品 326

10.3 非共面四频激光陀螺在惯性／天文组合导航系统中的应用 330

10.3.1 天文导航的基本原理 330

10.3.2 天文导航系统 331

10.3.3 惯性／天文组合导航系统 332

10.3.4 非共面四频激光陀螺在惯性／天文组合导航系统中的典型产品 334

10.3.5 惯性／天文组合导航系统对非共面四频激光陀螺的要求 338

10.4 塞曼激光陀螺的应用 338

10.4.1 三轴塞曼激光陀螺组合 339

10.4.2 塞曼激光陀螺制导系统 340

参考文献 341