激光陀螺的虚拟仿真研究

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由于环形激光陀螺是目前捷联惯导系统最理想的部件之一,世间各国都投入大量的人力物力对其进行研究,而国内激光陀螺技术与国外先进技术还有较大差距。随着计算机技术和仿真技术的飞速发展,本文将计算机仿真技术运用于激光陀螺的理论研究,对激光陀螺的一些理论现象进行仿真试验,并将虚拟仪器技术运用于仿真中,为激光陀螺的研究开辟了新的途径,对减少研究经费和缩短研究周期具有一定的现实意义。 激光陀螺的核心部件为He-Ne环形激光器,而掌握光与介质的相互作用理论是研究激光器的关键,采用拉姆半经典理论为主,在密度矩阵理论的基础上,推导环形谐振腔中描述He-Ne气体增益介质原子运动的光学布洛赫方程,运用介质极化理论得出描述激光陀螺反向行波的光强、位相所满足的自洽场方程组,在此基础上,运用MATLAB仿真软件和虚拟仪器编程语言LabWindows/CVI,对激光陀螺中的介质增益色散特性、频率牵引效应、烧孔效应及模竞争、闭锁效应及环激光的光强和相位特性进行仿真试验研究,并且运用全量子理论,对激光工作原理进行分析,得出二能级系统单模辐射场的光子数密度分布,得出激光场的光子统计分布,仿真激光场的动态建立过程。 在激光陀螺自洽场方程组的基础上,运用LabWindows/CVI软件建立了灵活方便的激光陀螺仿真平台,并进行仿真试验,仿真试验结果与理论分析很好的相符合,且能够较好地说明陀螺试验现象,即在闭锁阈值附近,由于闭锁效应和模竞争相互影响,使得激光腔中两行波相互关联,光强差随时间呈周期性变化。
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