Оценка стабильности суперлюминесцентного эрбиевого волоконного источника излучения путем вычисления отклонения параметров от калибровочных значений Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ВКВО-2019- Стендовые

ОЦЕНКА СТАБИЛЬНОСТИ СУПЕРЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО ЭРБИЕВОГО ВОЛОКОННОГО ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ ПУТЕМ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОТ КАЛИБРОВОЧНЫХ ЗНАЧЕНИЙ

Летов Д.А.1*, Ременникова М.В.2

едовательский политехни ■ПФИЦ УрО РАН, г. Пермь * Permoffender@yandex.ru

'Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь

2ПФИЦ УрО РАН, г. Пермь

Рис. 1. Двухпроходная схема

DOI 10.24411/2308-6920-2019-16199

Эрбиевый суперлюминесцентный волоконный источник оптического излучения (ЭСВИОИ) -- является неотъемлемой частью волоконного-DIl I оптического гироскопа (ВОГ), от параметров J>| ,..,DM I_W//_м которого напрямую зависят параметры всего

Активное волокно шК

□—I ¡so I ^"У^1 изделия. Применение источников с определенным

сигнал * набором требований позволяет улучшить

Зеркало

точностные и эксплуатационные характеристики ВОГ разного класса точности.

Высокая стабильность спектра такого источника излучения позволяет уменьшить погрешность масштабного коэффициента гироскопа в широком диапазоне рабочих температур [1].

К настоящему времени разработано большое количество схем ЭСВИОИ. Их можно разделить по способу накачки активного волокна: сонаправленно и противонаправленно. В таких схемах

накачка осуществляется в прямом и обратном направлении по отношению к выходному сигналу. По количеству проходов активного контура: однопроходная и двупроходная. В данной работе использовались две схемы: двухпроходная схема с сонаправленной накачкой (рис. 1) и однопроходная схема с противонаправленной накачкой (рис. 2).

Целью работы было исследование повторяемости зависимости значений средневзвешенной длины волны от температуры в диапазоне рабочих температур при повторных испытаниях ЭСВИОИ,

изготовленных по двум различным оптическим схемам.

Испытания проводились на рабочем месте, схема которого приведена на рис. 1. В термокамере был задан термоцикл с выдержкой на стационарных температурах -50 °С, -10 °С, +60 °С, +20 °С. В результате испытаний были получены массивы данных с цифрового блока управления ЭСВИОИ, спектроанализатора, термокамеры при помощи специализированного программного обеспечения. Из всего объема данных нас интересовали оптические параметры ЭСВИОИ и температура корпуса изделия. Испытания одного прибора неоднократно повторялись.

После первого испытания вычислялась температурная зависимость средневзвешенной длины волны и представлялась в виде полинома второго порядка по которому рассчитывались его коэффициенты.

В настоящем исследовании для анализа были взяты два массива значений - это средневзвешенная длина волны и температура. Обработка данных была выполнена с использованием среды Microsoft Office Excel. По графикам зависимости средневзвешенной длины волны от температуры строилась аппроксимирующая кривая второй степени (полином) и получено уравнение этой кривой вида: y = krx2 + k2^x + k3. Таким образом, были найдены коэффициенты (ki) для калибровочного полинома.

В полученное уравнение вместо переменной «х» подставлялось значение температуры, которое показывал термодатчик, расположенный в ЭСВИОИ. Затем рассчитывалось полиномиальное значение длины волны для каждого i-го значения температуры.

Рис. 3. Схема рабочего места

380

№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru

ВКВО-2019 Стендовые

Отклонение калибровочного полинома определялось по формуле Д= — • 106 (ррт),

где - экспериментальное значение средневзвешенной длины волны, Л2 - значение средневзвешенной длины волны, полученное после решения полинома.

Спустя некоторое время проводилось повторное испытание исследуемого источника излучения. Необходимо было подставить новые значения температуры в уравнение, полученное при калибровочном испытании. И также по формуле определили отклонение калибровочного полинома для каждого 1-го значения.

По результатам выполненной работы получили два массива данных Д1 и Дп. Д1 - отклонение калибровочного полинома для контрольного измерения, Дп - отклонение калибровочного полинома для повторного измерения.

Чтобы оценить отклонение от калибровочного полинома, построили график для Д1 и Дп.

— - щц>

Рис. 4. Графическое сравнение отклонения от калибровочного полинома калибровочного и повторного испытаний для двух схем источников излучения на примере двух изделий. Синим цветом -калибровочное испытание, зеленым - проверочное, черным - температурный цикл. (а - однопроходная

схема, Ь - двухпроходная)

Таблица 1. Численное сравнение отклонения от калибровочного полинома калибровочного и повторного испытаний

№ ЭСВИОИ Отклонение, ppm № ЭСВИОИ Отклонение, ppm

Контрольное Повторное Контрольное Повторное

1(однопроходная) 32,85 38,86 8(однопроходная) 30,33 110,48

2(однопроходная) 47,4 128,84 9 (однопроходная) 61,16 160,16

3(однопроходная) 37,29 58,19 10(однопроходная) 41,7 77,47

4(однопроходная) 48,49 65,34 11 (двухпроходная) 18,34 29,06

5(однопроходная) 37,01 108,99 12 (двухпроходная) 25,69 52,82

6(однопроходная) 36,7 46,94 13 (двухпроходная) 24,24 43,55

7(однопроходная) 45,13 120,1 14 (двухпроходная) 22,48 42,16

Выполнив анализ значений из таблицы 1, был сделан вывод, что источники излучения с двухпроходной схемой дают лучшую повторяемость значений средневзвешенной длины волны в диапазоне рабочих температур, по сравнению с однопроходной схемой. Также необходимо отметить, что разброс значений между контрольным и повторным испытаниями меньше у двухпроходной схемы, а значит она стабильнее и наиболее оптимальна для точных ВОГ.

Литература

1. Алейник А.С., Кикилич Н.Е., Козлов В.Н., Власов А.А., Никитенко А.Н. Методы построения высокостабильных эрбиевых суперлюминесцентных волоконных источников оптического излучения //Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16. № 4. С. 593607

№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 381