一种适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔制造技术

本发明专利技术公开了一种适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔，特别是一种集成保偏光子晶体光纤(Photonic Crystal Fibers，PCF)耦合器和单偏振光纤(Single‑Polarization Fiber，SPF)的混合型谐振腔。保偏光子晶体光纤耦合器由参数经专门设计的保偏PCF通过侧面抛磨与光胶贴合技术研制；保偏光子晶体光纤耦合器尾纤与SPF采用偏振轴2次旋转90度熔接。本发明专利技术采用专门设计的保偏光子晶体光纤耦合器和SPF研制谐振腔，通过对谐振腔各器件分光比和损耗参数进一步优化设计，很好地抑制了腔内的偏振波动噪声和光克尔噪声，对谐振式光纤陀螺的工程化进程具有里程碑意义。

A high performance hybrid fiber resonator suitable for variable temperature operation

【技术实现步骤摘要】
一种适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔
本专利技术属于光纤谐振腔
，尤其涉及一种适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔。
技术介绍
谐振式光纤陀螺(ResonatorFiberopticGyro，RFOG)是利用谐振腔中相向传播光波的谐振频率偏差正比于角速度的原理实现对旋转角速度的测量。作为RFOG的核心敏感部件，谐振腔根据结构不同可分为反射式和透射式，二者在谐振陀螺的应用上各有优缺点。目前，R-FOG仍处于实验室研究阶段，主要原因是光纤谐振腔受磁场、温度影响较大。干涉光在谐振腔中传播会产生多种噪声，主要包括瑞利背向散射噪声，光学克尔噪声和偏振波动噪声。利用双频相位调制方法，谐振腔中背向散射噪声可以被很好地抑制。Keer效应是一种和光纤中传光功率有关的非线性效应，通过控制谐振腔中顺时针(Clockwise，CW)和逆时针(Counterclockwise，CCW)方向传播光光功率差，可以将Keer效应降低到一定范围内。与温度相关的偏振波动噪声是影响RFOG长期稳定性的主要噪声因素。一般谐振腔由PMF构成，光纤中支持两个本征偏振态(EigenstateofPolarization，ESOPs)传输。FRR输出端光信号除了能量较大的主偏振态(PrimaryEigenstateofPolarization,P-ESOP)光波能量以外，还包含了能量较小的次偏振态(SecondaryEigenstateofPolarization，S-ESOP)以及主次偏振态之间干涉部分能量信息。S-ESOP以及主次偏振态之间干涉部分能量直接影响P-ESOP对应谐振频率点的检测精度，在RFOG输出端产生角速度测量误差。另外，光纤折射率随外界环境温度波动而发生改变，引起谐振腔内2个S-ESOPs对应的谐振峰发生相对漂移，导致RFOG输出角速度测量误差还会随着环境温度而波动，进一步破坏了RFOG的长期稳定性。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔，通过采用经过专门设计的光子晶体光纤耦合器和单偏振光纤，谐振腔在全温变温环境下具有高偏振消光比；进一步的，通过匹配谐振腔各器件分光比和损耗参数，使腔内CW和CCW向传输光光功率差小于1％。该高性能混合型光纤谐振腔很大程度上在全温变温环境下抑制了谐振陀螺的偏振噪声和克尔噪声。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔，其特征在于，包括：第一PM光子晶体光纤耦合器、第一90度熔接点、第一单偏振光纤和第二90度熔接点；其中，第一PM光子晶体光纤耦合器，包括：第一PM光子晶体尾纤、第二PM光子晶体尾纤、第三PM光子晶体尾纤和第四PM光子晶体尾纤；第一PM光子晶体尾纤和第二PM光子晶体尾纤与第三PM光子晶体尾纤和第四PM光子晶体尾纤分别设置在第一PM光子晶体光纤耦合器两端；第二PM光子晶体尾纤的末端与第一单偏振光纤的一端在第一90度熔接点处熔接；第四PM光子晶体尾纤的末端与第一单偏振光纤另一端在第二90度熔接点处熔接。在上述适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔中，第一PM光子晶体尾纤、第二PM光子晶体尾纤、第三PM光子晶体尾纤、第四PM光子晶体尾纤的光纤模场直径与第一单偏振光纤的光纤模场直径相等。在上述适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔中，第二PM光子晶体尾纤与第四PM光子晶体尾纤的长度差控制在1cm以内。在上述适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔中，对第一PM光子晶体光纤耦合器的各端口分光比差值控制在0.5％以内，使谐振腔顺时针CW和逆时针CCW向传输光光功率差小于1％。本专利技术还公开了一种适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔，包括：第二PM光子晶体光纤耦合器、第一0度熔接点、第二单偏振光纤、第三90度熔接点，第三PM光子晶体光纤耦合器，第四90度熔接点，第三单偏振光纤，第二0度熔接点；其中，第二PM光子晶体光纤耦合器，包括：第五PM光子晶体尾纤、第六PM光子晶体尾纤、第七PM光子晶体尾纤和第八PM光子晶体尾纤；第三PM光子晶体光纤耦合器，包括：第九PM光子晶体尾纤、第十PM光子晶体尾纤、第十一PM光子晶体尾纤和第十二PM光子晶体尾纤；第五PM光子晶体尾纤和第六PM光子晶体尾纤与第七PM光子晶体尾纤和第八PM光子晶体尾纤分别设置在第二PM光子晶体光纤耦合器两端；第九PM光子晶体尾纤和第十PM光子晶体尾纤与第十一PM光子晶体尾纤和第十二PM光子晶体尾纤分别设置在第三PM光子晶体光纤耦合器两端；第六PM光子晶体尾纤的末端与第二单偏振光纤的一端在第一0度熔接点处熔接；第九PM光子晶体尾纤的末端与第二单偏振光纤的另一端在第三90度熔接点处熔接；第八PM光子晶体尾纤的末端与第三单偏振光纤的一端在第二0度熔接点处熔接；第十一PM光子晶体尾纤的末端与第三单偏振光纤的另一端在第四90度熔接点处熔接。在上述适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔中，第五PM光子晶体尾纤、第六PM光子晶体尾纤、第七PM光子晶体尾纤、第八PM光子晶体尾纤、第九PM光子晶体尾纤、第十PM光子晶体尾纤、第十一PM光子晶体尾纤和第十二PM光子晶体尾纤的光纤模场直径与第二单偏振光纤和第三单偏振光纤的光纤模场直径相等。在上述适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔中，第六PM光子晶体尾纤和第八PM光子晶体尾纤长度之和与第九PM光子晶体尾纤和第十一PM光子晶体尾纤长度之和的差值控制在1cm内。在上述适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔中，对第二光PM子晶体光纤耦合器和第三PM光子晶体光纤耦合器各对应端口分光比差值控制在0.5％以内、插入损耗差控制在0.02dB，第一0度熔接点、第三90度熔接点，第四90度熔接点，第二0度熔接点熔接损耗差值控制在0.02dB，使谐振腔顺时针CW和逆时针CCW向传输光光功率差小于1％。本专利技术具有以下优点：(1)与传统保偏光纤支持两个正交偏振态传输不同，本专利技术单偏振光纤只支持一个低偏振态传输，其他偏振态会在传输过程中被衰减。理想状态下，当采用一定长度的SPF后，谐振腔那只激励起一个本征偏振态(ESOP)，实际测量干涉光全温范围内偏振消光比可大于50dB。谐振腔主体采用单偏振光纤，极大提高了全温范围内谐振腔的消光比。(2)本专利技术谐振腔采用一种专门设计的PM光子晶体光纤耦合器，由PM光子晶体光纤经过侧面抛磨与光胶贴合技术自行研制，具有较低的插入损耗，全温范围内消光比高于27dB；PM光子晶体光纤具有优异的温度稳定性，光纤参数经专门优化设计，使其模场直径与单偏振光纤相匹配，二者熔接损耗可低于0.05dB。谐振腔的低损耗对提高谐振腔精细度具有积极作用。(3)本专利技术对构成谐振腔各器件损耗参数和熔接损耗参数进行控制，使得谐振腔CW和CCW向传输光光功率差小于1％，谐振腔具有较小的光学Keer噪声。(4)在本专利技术中，PM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔，其特征在于，包括：第一PM光子晶体光纤耦合器(1)、第一90度熔接点(2)、第一单偏振光纤(3)和第二90度熔接点(4)；其中，第一PM光子晶体光纤耦合器(1)，包括：第一PM光子晶体尾纤(5)、第二PM光子晶体尾纤(6)、第三PM光子晶体尾纤(7)和第四PM光子晶体尾纤(8)；/n第一PM光子晶体尾纤(5)和第二PM光子晶体尾纤(6)与第三PM光子晶体尾纤(7)和第四PM光子晶体尾纤(8)分别设置在第一PM光子晶体光纤耦合器(1)两端；/n第二PM光子晶体尾纤(6)的末端与第一单偏振光纤(3)的一端在第一90度熔接点(2)处熔接；/n第四PM光子晶体尾纤(8)的末端与第一单偏振光纤(3)另一端在第二90度熔接点(4)处熔接。/n

【技术特征摘要】
1.一种适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔，其特征在于，包括：第一PM光子晶体光纤耦合器(1)、第一90度熔接点(2)、第一单偏振光纤(3)和第二90度熔接点(4)；其中，第一PM光子晶体光纤耦合器(1)，包括：第一PM光子晶体尾纤(5)、第二PM光子晶体尾纤(6)、第三PM光子晶体尾纤(7)和第四PM光子晶体尾纤(8)；
第一PM光子晶体尾纤(5)和第二PM光子晶体尾纤(6)与第三PM光子晶体尾纤(7)和第四PM光子晶体尾纤(8)分别设置在第一PM光子晶体光纤耦合器(1)两端；
第二PM光子晶体尾纤(6)的末端与第一单偏振光纤(3)的一端在第一90度熔接点(2)处熔接；
第四PM光子晶体尾纤(8)的末端与第一单偏振光纤(3)另一端在第二90度熔接点(4)处熔接。


2.根据权利要求1所述的适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔，其特征在于，第一PM光子晶体尾纤(5)、第二PM光子晶体尾纤(6)、第三PM光子晶体尾纤(7)、第四PM光子晶体尾纤(8)的光纤模场直径与第一单偏振光纤(3)的光纤模场直径相等。


3.根据权利要求1所述的适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔，其特征在于，第二PM光子晶体尾纤(6)与第四PM光子晶体尾纤(8)的长度差控制在1cm以内。


4.根据权利要求1所述的适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔，其特征在于，对第一PM光子晶体光纤耦合器(1)的各端口分光比差值控制在0.5％以内，使谐振腔顺时针CW和逆时针CCW向传输光光功率差小于1％。


5.一种适合变温度环境下工作的高性能混合型光纤谐振腔，其特征在于，包括：第二PM光子晶体光纤耦合器(9)、第一0度熔接点(10)、第二单偏振光纤(11)、第三90度熔接点(12)，第三PM光子晶体光纤耦合器(13)，第四90度熔接点(14)，第三单偏振光纤(15)，第二0度熔接点(16)；其中，第二PM光子晶体光纤耦合器(9)，包括：第五PM光子晶体尾纤(17)、第六PM光子晶体尾纤(18)、第七PM光子晶体尾纤(19)和第八PM光子晶体尾纤(20)；第三PM光子晶体光纤耦合器(13)，包括：第九PM光子晶体尾纤(21)、第十PM光子晶体尾纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：索鑫鑫，李晶，于海成，杨远洪，吴旭东，
申请(专利权)人：北京航天时代光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11