一种用于光纤萨格纳克干涉仪相位调制的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于光纤萨格纳克干涉仪相位调制的方法和装置，该方法包括：利用两个旋向相反且旋光角相同的法拉第旋光器件，分别旋转从光纤萨格纳克干涉仪光路中入射的两路偏振方向相同的线偏振光；在上述两个法拉第旋光器件中放置电光晶体器件；控制上述两个法拉第旋光器件的旋光角以及从外部入射其上偏振光的偏振方向，使其出射光的偏振方向分别旋向电光晶体由于电致使双折射而产生的两个电感应主轴方向；通过外加调制电压的变化来调制电光晶体的电光相位延迟，从而使得从不同端口通过相位调制器的线偏振光的相位差受到调制。

A Method and Device for Phase Modulation of Fiber Sagnac Interferometer

【技术实现步骤摘要】
一种用于光纤萨格纳克干涉仪相位调制的方法和装置
本专利技术涉及一种光学移相器件，尤其是涉及一种用于光纤萨格纳克干涉仪的相位调制器。
技术介绍
在过去数十年光纤萨格纳克(Sagnac)干涉仪在光纤陀螺和光纤电流传感器的实际应用中已取得令人羡慕的成就。以光纤陀螺为例，不管是在开环还是闭环光纤陀螺中，都要用到相位调制器对光纤陀螺光路中的光进行相位调制。目前光纤陀螺中应用的相位调制器主要是PZT压电陶瓷相位调制器和铌酸锂相位调制器。这两种相位调制器本质上都是基于光纤环传输方向相反的两束光之间有一个固定的时间延迟。这就需要较长的光纤环和很高的相位调制器工作频率，这对光纤陀螺成本和可靠性都有影响。本专利技术是在上述技术背景上所产生的，其着眼点是避免目前已有相位调制器的缺陷和技术困难。本专利技术的技术细节在以下“
技术实现思路
”和“具体实施方式”中将结合附图加以说明。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，提供了一种用于光纤萨格纳克干涉仪相位调制的方法和装置。本专利技术提供了一种用于光纤萨格纳克干涉仪相位调制的方法，其特征在于，该方法包括：利用两个旋向相反且旋光角相同的法拉第旋光器件，分别旋转从光纤萨格纳克干涉仪光路中入射的两路偏振方向相同的线偏振光；在上述两个法拉第旋光器件中放置电光晶体器件；在电光晶体器件的电极上外加调制电压使得电光晶体发生电致双折射；电光晶体电感应主轴所在的平面与入射光的方向垂直；控制上述两个法拉第旋光器件的旋光角以及其上入射偏振光的偏振方向，使其出射光的偏振方向分别旋向电光晶体由于电致使双折射而产生的两个电感应主轴方向；通过外加调制电压的变化来调制电光晶体的电光相位延迟，从而使得从不同端口通过相位调制器的线偏振光的相位差受到调制。优选地，该方法还包括：法拉第旋光器件的旋光角为45°。优选地，该方法还包括：电光晶体器件的相位调制指数取值使得一阶贝塞尔函数值最大。优选地，该方法还包括：利用光纤准直器来实现法拉第旋光器件接入萨格纳克干涉仪。优选地，该方法还包括：利用偏振片来控制法拉第旋光器件入口处光的偏振方向。本专利技术提供了一种用于光纤萨格纳克干涉仪相位调制的装置，该装置包括：一对旋向相反的法拉第旋光器件、一个置于旋光器件中间的电光晶体器件；一对旋向相反的法拉第旋光器件，用于控制从光纤萨格纳克干涉仪的入射偏振光的偏振方向旋转，使其两端入射的线偏振光分别旋向电光晶体由于电致双折射而产生的两个电感应轴主轴方向；电光晶体器件，用于在外加调制电压下产生电致双折射效应。优选地，电光晶体器件的相位调制指数取值使得一阶贝塞尔函数值最大。优选地，电光晶体器件的电光晶体为铌酸锂晶体，用于通过横向电光效应，在外加调制电压的作用下产生电致双折射。优选地，该装置还包括两个光纤准直器，用于连接两个旋向相反的法拉第器件与光纤萨格纳克干涉仪。优选地，该装置还包括至少一个偏振器，所述至少一个偏振器用于控制法拉第旋光器件入口处光的偏振方向。附图说明图1为本专利技术所涉及的相位调制器在典型的光纤萨格纳克干涉仪中的应用示意图；图2为本专利技术所涉及的相位调制器一个实施例。附图标记说明1-光纤萨格纳克干涉仪光纤环光路；2-光纤准直器1；3-偏振片1；4-法拉第旋光器1；5-电光晶体器件；6-法拉第旋光器2；7-偏振片2；8-光纤准直器2。具体实施方式针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种萨格纳克干涉仪相位调制的技术方案，且实现成本低。本专利技术的目的是通过如下技术措施来达到：首先利用两个旋向相反且旋光角相等的法拉第旋光器件，分别旋转从光纤萨格纳克干涉仪光路中入射的两路线偏振光。光纤萨格纳克干涉仪光路中入射的两路线偏振光的偏振方向相同，为了确保入射到本专利技术所涉及的相位调制器的两路线偏振光与离开相位调制器时保持同样的偏振方向，因此要求上述两个法拉第旋光器件的旋向相反且旋光角相等。其次，在上述两个法拉第旋光器件中放置电光晶体器件；在电光晶体器件的电极上外加调制电压使得电光晶体发生电致双折射；电光晶体感应主轴所在的平面与入射光的方向垂直；控制上述两个法拉第旋光器件的旋光角以及其上入射偏振光的偏振方向，使其出射光的偏振方向分别旋向电光晶体由于电致使双折射而产生的两个感应主轴方向；过外加调制电压的变化来调制电光晶体的电光相位延迟，从而使得从不同端口通过相位调制器的线偏振光的相位差受到调制。电光晶体器件是利用电光效应来改变和控制光学折射率的器件，主要由加工成长方体的电光晶体材料和在晶体适当的端面上镀电极来构成，电极的作用是在通过外加调制电压在电光晶体内部形成电场。如果外加电场的方向与光的传播方向平行，称为纵向电光效应；如果外加电场方向与光的传播方向垂直，称为横向电光效应。无论是纵向电光效应或横向电光效应，电光晶体都能在与光线入射方向垂直的平面内感应产生两个夹角成90°的主振动方向，这两个主振动方向一般被称作电感应主轴。假定两个旋向相反且旋光角相等的法拉第旋光器件的旋光角为45°，且从外部入射其上的偏振光的振动方向与电感应主轴的夹角为45°，则通过两个法拉第器件的偏振光在入射到电光晶体入射平面时其偏振光的偏振方向分别与两个夹角成90°的电感应主轴重合。这样从不同入射方向通过电光晶体的两路光，由于两个电感应主轴方向的折射率不同会形成相位差，这个相位差一般被称作电光晶体的电光相位延迟。很明显，改变电光晶体上外加电压的大小可以使得电光相位延迟受到调制。优选地，该方法还包括：法拉第旋光器件的旋光角为45°。如上文所述，法拉第旋光器件的旋光角为设置为45°，便于使得通过两个法拉第器件的偏振光在入射到电光晶体入射平面时其偏振光的偏振方向分别与两个夹角成90°的电感应主轴重合。优选地，电光晶体器件的相位调制指数使得一阶贝塞尔函数值最大。以萨格纳克干涉仪在光纤陀螺中的应用为例。在萨格纳克干涉仪中的相位信号为转速相位信号叠加上相位调制器产生的相位调制信号，其中转速相位信号为待解调的传感信号。相位调制器中电光晶体的电极上所外加的调制信号一般为标准的正弦电压信号，进一步假定相位调制器中光电晶体为线性电光特性，在外加调制电压的作用下，相位调制器在萨格纳克干涉仪中带入的也是一个正弦信号。按照萨格纳克干涉仪的信号输出特性，其光强输出主要是以相位信号为自变量的余弦函数的形式。由于相位信号中有相位调制器产生正弦信号，因此萨格纳克干涉仪光电探侧器上的输出为特殊函数，将此特殊函数展开为傅氏级数，其傅氏级数的系数称作n阶贝赛尔函数。n阶贝赛尔函数以电光晶体的电光相位延迟调制指数β为自变量，一般表示为Jn(β)。J1(β)为一阶贝塞尔函数，表示基波的贝赛尔函数。基波的贝赛尔函数能取得最大值对提高后面干涉仪相位解调的检测精度有利。通过计算和查贝塞尔函数表，当β＝1.84时J1(β)取得极大值。上述调制过程的转速相位信号的解调，可以利用干涉式光纤陀螺仪信号检测时常用的相敏检波等方式来实现。优选地，该方法还包括：利用偏振片来控制法拉第旋光器件入口处光的偏振方向。如果本专利技术所涉及的相位调制器待接入的光纤萨格纳克干涉仪的光路是由保偏光纤组成的，那么相位调制器无需借用外加偏振片的方式，直接将保偏光线的偏振方向调整好对准相位调制器的接口就可以了。如果光纤萨格纳克干涉仪的光路是由非保偏光纤组成的，在相位器上加装偏振片有利于控制椭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光纤萨格纳克干涉仪相位调制的方法，其特征在于，该方法包括：利用两个旋向相反且旋光角相同的法拉第旋光器件，分别旋转从光纤萨格纳克干涉仪光路中入射的两路偏振方向相同的线偏振光；在上述两个法拉第旋光器件中放置电光晶体器件；在电光晶体器件的电极上外加调制电压使得电光晶体发生电致双折射；电光晶体电感应主轴所在的平面与入射光的方向垂直；控制上述两个法拉第旋光器件的旋光角以及从外部入射其上偏振光的偏振方向，使其出射光的偏振方向分别旋向电光晶体由于电致使双折射而产生的两个电感应主轴方向；通过外加调制电压的变化来调制电光晶体的电光相位延迟，从而使得从不同端口通过相位调制器的线偏振光的相位差受到调制。

【技术特征摘要】
1.一种用于光纤萨格纳克干涉仪相位调制的方法，其特征在于，该方法包括：利用两个旋向相反且旋光角相同的法拉第旋光器件，分别旋转从光纤萨格纳克干涉仪光路中入射的两路偏振方向相同的线偏振光；在上述两个法拉第旋光器件中放置电光晶体器件；在电光晶体器件的电极上外加调制电压使得电光晶体发生电致双折射；电光晶体电感应主轴所在的平面与入射光的方向垂直；控制上述两个法拉第旋光器件的旋光角以及从外部入射其上偏振光的偏振方向，使其出射光的偏振方向分别旋向电光晶体由于电致使双折射而产生的两个电感应主轴方向；通过外加调制电压的变化来调制电光晶体的电光相位延迟，从而使得从不同端口通过相位调制器的线偏振光的相位差受到调制。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：法拉第旋光器件的旋光角为45°。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：电光晶体器件的相位调制指数取值使得一阶贝塞尔函数值最大。4.如权利要求1所述的一种光纤萨格纳克干涉仪相位调制器相位调制的方法，其特征在于，该方法还包括：利用光纤准直器来实现法拉第旋光器件接入萨格...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卫，齐跃峰，李思佳，
申请(专利权)人：李卫，齐跃峰，
类型：发明
国别省市：北京,11