Участники конкурса на лучшую научно-исследовательскую
61
выпускную квалификационную работу студентов СПбГУ ИТМО
УЧАСТНИКИ КОНКУРСА
НА ЛУЧШУЮ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКУЮ
ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ
СТУДЕНТОВ СПбГУ ИТМО
62
Участники конкурса на лучшую научно-исследовательскую
выпускную квалификационную работу студентов СПбГУ ИТМО
УДК 681.7.068+535.012.2
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СТЫКОВКИ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА МАЙКЕЛЬСОНА
С.М. Аксарин
Научный руководитель – д.т.н., профессор В.Е. Стригалев
(Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций
им. проф. М.А. Бонч-Бруевича)
Работа выполнена в рамках ОКР по теме «Разработка трехосного волоконно-
оптического гироскопа».
Основная трудность при разработке волоконно-оптических гироскопов (ВОГ) заклю-
чается в состыковке оптических элементов ВОГ, в частности, волоконно-оптического кон-
тура (ВОК) с многофункциональной интегрально-оптической схемой (МИОС) [1]. Сущест-
вующие методы решения задачи заключаются в создании жесткой стыковочной базы с фик-
сацией волокна [2, 3]. Данные методики решают лишь задачу закрепления волокна и не по-
зволяют производить юстировку угловых координат, необходимую для согласования поля-
ризационных осей волокна и интегрального волновода. Большая же часть информации по
технологиям юстировки является закрытой. В работе предложена методика стыковки, по-
зволяющая юстировать волокно относительно волновода по всем шести пространственным
координатам с помощью прецизионного микропозиционера (МП), а для закрепления ис-
пользовать адгезив ультрафиолетового (УФ) отверждения и набор армирующих элементов.
Суть метода заключается в последовательной юстировке оптического волокна с
интегральным волноводом МИОС с помощью МП (рисунок). Для его закрепления ис-
пользуется отрезок волокна, удерживающий волокно относительно кристалла с помо-
щью адгезива, и кварцевые цилиндры, поддерживающие волокно и буферное покрытие
на весу. Вся конструкция жестко скрепляется адгезивом УФ отверждения.
Рисунок. Два отъюстированных и закрепленных волокна с кристаллом МИОС
(слева – фотоснимок, справа – трехмерная модель)
Для согласования поляризационных осей используется оптическая схема на базе
поляризационного интерферометра Майкельсона (ПИМ). Суть заключается в поиске
минимума поляризационной интерференции от двух ортогональных мод волновода
вращением волокна относительно волновода. Использование поляризационного интер-
ферометра дало возможность юстировки поляризационных осей по углу до ±0,05°.
Высокая точность разработанной технологии стыковки подтверждена многократ-
ными экспериментами. Точность по линейным координатам Y, Z составляет ±0,5 мкм,
по двум угловым θZ, θY ±0,1°, а при юстировке поляризационных осей θX ±0,05°. Сквоз-
ные оптические потери ≤4,7дБ, обратные отражения ≤–47дБ, контраст интерференци-
онной картины интерферометра ВОК 3000:1.
Участники конкурса на лучшую научно-исследовательскую
63
выпускную квалификационную работу студентов СПбГУ ИТМО
Результаты разработки, проведенной в ВКР, послужат основой для дальнейшей
исследовательской и конструкторской работы, направленной на улучшение характери-
стик волоконно-оптических гироскопов.
Литература
1. Lefevre H. Fiber-optic gyroscopes. – London – Boston: Artech House, 1993.
2. Пат. 6212320 B1 США Rickman et al. Coupling optical fibre to waveguide. – Заявлено
26.04.1999; опубл. 3.04.2001; 09/298,839.
3. Горобец А.П., Гуцалюк Е.Г. Стыковка интегрально-оптических канальных волново-
дов с одномодовым оптическим волокном // Научная сессия МИФИ - 2005. Сборник
научных трудов. – М.: МИФИ, 2005.
УДК 67.05
МОДЕРНИЗАЦИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЦИФРОВОГО УГЛОМЕРА
Н.М. Андреева
Научный руководитель – к.т.н., доцент С.С. Митрофанов
Работа выполнена в рамках хоздоговорной ОКР 28842 «Разработка и изготовление
оптического блока Руссар-9 для космического проекта ФОБОС-Грунт».
В настоящее время угловые измерения ведутся во многих областях науки и техни-
ки: в машиностроении и приборостроении – для контроля геометрических параметров
изделий и их пространственного положения, для точного позиционирования рабочих ор-
ганов измерительной аппаратуры и станков; в навигации и ориентации – для определе-
ния положения ориентируемого объекта относительно выбранной системы координат
или какого-либо ориентира; в строительстве – при контроле отдельных элементов со-
оружений в целом; в астрономии и геодезии – при определении координат небесных
или наземных объектов и т.п. Сфера использования методов и средств угловых измере-
ний постоянно расширяется.
Одним из важнейших требований при проведении угловых измерений является обес-
печение высокой точности, характеризуемой погрешностями в единицы и даже доли угло-
вой секунды. В этой связи возрастает роль оптических и оптико-электронных методов и
средств, которые обеспечивают наиболее высокую точность измерений угловых величин.
Важной тенденцией является также стремление к автоматизации измерений, повышению
оперативности и надежности получаемой измерительной информации. В связи с этим воз-
никают требования к простоте конструкции, надежности в эксплуатации, высокой точно-
сти в достаточно большом диапазоне измеряемых или контролируемых угловых величин.
Одними из наиболее высокоточных угломеров являются автоколлиматоры.
В ВКР предложен модернизированный угломер отечественной конструкции,
имеющий высокие метрологические характеристики и не уступающий зарубежным ана-
логам при существенно более низкой цене. Угломер построен на базе светосильного те-
леобъектива, смонтирован на основании с возможностью подвижек в двух взаимно пер-
пендикулярных плоскостях. Все узлы угломера достаточно технологичны в изготовле-
нии. Приведенные в пояснительной записке расчеты позволяют надеяться на высокие
технические и метрологические показатели модернизированного угломера.
Дальнейшим развитием работы могли бы быть замена однокоординатного фото-
приемника на двухкоординатный в той же конструкции и получение при минимальных
затратах уже двухкоординатного угломера, что увеличивает область применения угломера.
Литература
1. Латыев С.М. Конструирование точных (оптических) приборов: Учебное пособие. –
СПб: Политехника, 2007. – 579 с.
|
