激光陀螺是基于Sagnac效应测量原理的环形腔激光器,是惯性导航系统的核心器件,具有抗干扰能力强、动态范围大、启动快、精度高等优点。但环形腔激光陀螺谐振腔内反射镜的背向散射引入的闭锁效应严重影响了激光陀螺的精度。因此,十分有必要对反射镜背向散射系数进行测量,从而帮助改进激光陀螺的性能。反射镜表面反射率的非均匀性以及对微弱散射光的探测技术难度,都给激光陀螺反射镜背向散射的测量带来了巨大的挑战。反射镜背向散射系数的传统测量方法是采用双向反射分布函数(BRDF)进行测量。这种方法主要特点是直接采集背散光的光强来获得背向散射系数,其测量精度会受到立体角和背散光采集仪器精度的限制。本课题提出了采用环形腔飞秒钛宝石激光器测反射镜背向散射系数的方案,利用待测反射镜引入锁区,通过测输出激光拍频来获得背向散射系数。该方法不受散射光探测技术的限制,可极大提高反射镜背向散射系数测量精度。本论文围绕激光陀螺中反射镜背向散射的精密测量,对环形腔钛宝石激光器和反射镜背向散射测量技术进行了研究。主要研究内容如下:1.介绍了激光陀螺原理以及环形腔激光陀螺内部的物理机制,阐述了激光陀螺中的闭锁效应,并对闭锁效应的来源及其解决措施进行了分析;从激光陀螺原理出发,由耦合理论与散射理论推导了反射镜背向散射强度对激光陀螺锁区大小的影响;提出了一种利用锁模环形腔钛宝石激光器测量反射镜背向散射系数的方法,并给出了详细的测量方案;2.推导了激光陀螺谐振腔稳定性条件,由此设计并搭建了克尔透镜锁模环形腔钛宝石激光器,得到了 400mW、49fs双路克尔透镜锁模输出,并分析了单双路锁模状态与相应锁模条件,在环形谐振腔内实现了激光陀螺效应,可有效克服闭锁效应的影响,大幅降低激光陀螺锁区;3.搭建了液体染料被动锁模环形腔钛宝石激光器,避免了克尔透镜锁模环形谐振腔中钛宝石晶体引入的闭锁效应这种误差的产生,可实现反射镜背向散射系数更加精确的测量,利用液体染料作为可饱和吸收体,消除了相向传播脉冲之间的相位耦合,可完全消除闭锁效应;本激光器获得了 500 mW、11 ps的双路被动锁模输出,从实验上验证了零锁区脉冲激光陀螺的可行性;4.设计了用于反射镜背向散射系数测量的实验系统,完成了反射镜背向散射系数测量实验装置的主体搭建,同时对环形腔钛宝石激光器频移技术进行了理论上的研究,并介绍了激光陀螺初始拍频来源与产生;最后针对如何测反射镜背向散射系数,给出了详细的研究方案,并通过对染料循环系统的优化、减缓空气流动性等方法提高了实验系统的稳定性,可进一步提高反射镜背向散射系数测量的精确度。