一种干涉型光纤陀螺仪制造技术

一种干涉型光纤陀螺仪，包括光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤环、相位调制器、光电探测器以及信号处理模块。所述相位调制器由一个铌酸锂双偏振模式条波导放置于一对旋向相反旋转角度为45°法拉第旋光器的中间位置构成，采用z轴切、z轴传光、y轴向加电压的调制方式；在陀螺仪光路中相位调制器放置于光纤环的中间位置，使陀螺环路中沿顺逆时针传输的两束光同时到达相位调制器进行调制。本发明专利技术中使用不基于时间延迟的相位调制器，并将调制器放置于光纤环路中间，减小了光路中的背向反射、背向散射及其与主波之间的寄生干涉，能够有效提高系统的测量精度，具有非常理想的技术效果。

An interferometric fiber optic gyroscope

【技术实现步骤摘要】
一种干涉型光纤陀螺仪
本专利技术涉及光纤陀螺
，尤其涉及一种干涉型光纤陀螺仪。
技术介绍
光纤陀螺是一种基于Sagnac干涉仪原理的惯性角速度测量装置，与传统的机械陀螺仪相比，具有全固态结构、寿命长、动态范围大、结构简单、尺寸小、重量轻等优点。光纤陀螺的研究重点在于提出不同的陀螺方案以提高检测灵敏度，并分析光纤陀螺中各种噪声源对陀螺的影响。光纤陀螺不同于传统陀螺存在相对较大的噪声，从敏感输入到信号检测的过程中，产生的噪声包括光信号噪声、形成干涉后的噪声以及信号检测产生的噪声。其中干涉型光纤陀螺中产生干涉噪声的主要原因为：偏振效应、光纤线圈内的背向反射或散射、与光强有关的非线性折射率变化、沿光纤分布的与时间有关的温度、磁场、电子漂移误差等。为了消除背向反射、背向散射等导致的陀螺误差，提高测量精度，目前大多数干涉型光纤陀螺普遍采用宽带光源，利用其弱相干性消除大部分的寄生干涉。在过去数十年光纤陀螺或转速传感器已取得令人羡慕的成绩，其光纤回路大多采用有源偏置，即压电相位调制器(PZT)或集成光学块调制器(Y波导器件)。这两种相位调制器的原理都是基于光纤环传输方向相反的两束光之间的时间延迟，调制相位的实现会受到光纤环延迟时间的限制。为了实现相位调制的目的，调制器必须在光纤环路的一侧进行调制，这样会引入额外的背向反射、背向散射产生的寄生干涉。对于高精度的陀螺来说，为了进一步减小相位误差，采用在本征频率上进行相位调制来减小背向散射引起的相位误差。在实际应用中，测量本征频率的方法有很多种，但是大都精度较低，不能够满足光纤陀螺的需求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种通过减小光纤陀螺的背向反射、背向散射及其产生的干涉噪声的方式来提高干涉型光纤陀螺的测量精度并减小其成本的一种干涉型光纤陀螺仪。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术所提出的一种干涉型光纤陀螺仪，包括光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤环、相位调制器、光电探测器以及信号处理模块。所述第一光纤耦合器的一侧通过两根尾纤分别连接光源和光电探测器，所述第一光纤耦合器的另一侧通过一根尾纤与第二光纤耦合器一侧端口对轴连接，且所述第二光纤耦合器另一侧通过两根尾纤与光纤环对轴连接；所述光纤环中引出两根尾纤与所述相位调制器对轴连接；所述信号处理模块连接在光电探测器和相位调制器之间。进一步的，所述相位调制器包括一对旋光方向相反且旋转角度为45°的法拉第旋光器和设置在一对法拉第旋光器之间的双偏振模式条波导。进一步的，所述双偏振模式条波导的材质为铌酸锂光波导，并采用z轴切、z轴传光、y轴加调制电压的调制方式。进一步的，所述相位调制器的入射线偏振光的偏振方向与铌酸锂光波导入射波导面的x轴和y轴的角平分线方向一致。进一步的，所述相位调制器放置于光纤环的中间位置，使陀螺仪环路中沿顺逆时针传输的两束光同时到达相位调制器进行调制。进一步的，所述第一光纤耦合器和第二光纤耦合器为2x2或2x1的保偏光纤耦合器，且所述第一光纤耦合器和第二光纤耦合器之间连接有起偏器，用于使光纤环路中传输的光信号为线偏振光。进一步的，所述光源为窄线宽的线偏振光光源。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术的相位调制器使相向而行的两光束光经过后叠加不同的相位变化，这意味着不需要增加额外的延时线圈来增加相位偏置所需调制时间间隔，同时减少了长的延时线圈所造成的线性双折射等偏振不稳定因素。2、本专利技术的光路结构为最小非互易性结构，最大限度的减小了光纤陀螺的非互易性误差，提高陀螺的测量精度。3、本专利技术将相位调制器放置于光纤环路的中间位置，消除了光路中对称点间背向反射、背向散射之间的干涉误差，抑制了背向散射与主波之间的寄生干涉，提高了陀螺的测量精度。附图说明图1是本专利技术所提出的一种干涉型光纤陀螺仪一个实施例的整体光路结构示意图；图2是图1中相位调制器的结构示意图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。参见图1，给出了本专利技术所提出的一种干涉型光纤陀螺仪的一个实施例的具体结构。本专利技术包括光源1、第一光纤耦合器2、起偏器3、第二光纤耦合器4、光纤环5、相位调制器6、信号处理模块7和光电探测器8。所述第一光纤耦合器2的左侧通过两根尾纤分别与光源1和光电探测器8相连接，所述第一光纤耦合器2的右侧通过一根尾纤经起偏器3与第二光纤耦合器4的左侧端口对轴连接，所述第二光纤耦合器4的右侧通过两根尾纤与光纤环5对轴连接，所述光纤环5中引出两根尾纤与相位调制器6对轴连接，且所述相位调制器6位于光纤环5的中间位置，使陀螺仪环路中沿顺逆时针传输的两束光同时到达相位调制器6进行调制，所述信号处理模块7连接在光电探测器8和相位调制器6之间；本实施例中，所述光源1为窄线宽的线偏振光光源，由光源驱动电路驱动；所述第一光纤耦合器2和第二光纤耦合器4均为2x2或2x1的保偏光纤耦合器。参见图2，所述相位调制器6包括第一法拉第旋光器61和第二法拉第旋光器62，以及连接在第一法拉第旋光器61和第二法拉第旋光器62之间的双偏振模式条波导63；所述第一法拉第旋光器61的旋光方向为向右旋转，所述第二法拉第旋光器62的旋光方向为向左旋转，且所述第一法拉第旋光器61和第二法拉第旋光器62的旋转角度均为45°，且所述相位调制器6的入射线偏振光的偏振方向与铌酸锂光波导入射波导面的x轴和y轴的角平分线方向一致，所述第一法拉第旋光器61与第二法拉第旋光器62选用逆磁性法拉第旋光元件，用于减小温度对旋光性能的影响；所述双偏振模式条波导63为铌酸锂光波导，并采用z轴切、z轴传光、y轴加调制电压的调制方式，当所述相位调制器6接入光纤环路时，相位调制器6的入射光偏振方向与z切铌酸锂光波导的入射波导面呈45°夹角；其中，E1为正向传输方向，E2为反向传输方向，E3为线偏振光方向，E4为第一法拉第旋光器61的旋转方向，E5为第二法拉第旋光器62的旋转方向，E6为调制电压、E7为铌酸锂晶体衬底y轴、E8铌酸锂晶体衬底x轴、E9铌酸锂晶体衬底z轴。本专利技术中，所述光源1用于提供光纤陀螺仪光路的光信号，所述第一光纤耦合器2用于光源1、光电探测器8与第二光纤耦合器4的连接，所述光源1和光电探测器8分别连接第一光纤耦合器2同一侧两端，所述第一光纤耦合器2的另一侧通过起偏器3连接第二光纤耦合器4，所述起偏器3可确保光纤环路中的传输光信号为线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种干涉型光纤陀螺仪，其特征在于：所述陀螺仪包括光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤环、相位调制器、光电探测器以及信号处理模块。所述第一光纤耦合器的一侧通过两根尾纤分别连接光源和光电探测器，所述第一光纤耦合器的另一侧通过一根尾纤与第二光纤耦合器一侧端口对轴连接，且所述第二光纤耦合器另一侧通过两根尾纤与光纤环对轴连接；所述光纤环中引出两根尾纤与所述相位调制器对轴连接；所述信号处理模块连接在光电探测器和相位调制器之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种干涉型光纤陀螺仪，其特征在于：所述陀螺仪包括光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤环、相位调制器、光电探测器以及信号处理模块。所述第一光纤耦合器的一侧通过两根尾纤分别连接光源和光电探测器，所述第一光纤耦合器的另一侧通过一根尾纤与第二光纤耦合器一侧端口对轴连接，且所述第二光纤耦合器另一侧通过两根尾纤与光纤环对轴连接；所述光纤环中引出两根尾纤与所述相位调制器对轴连接；所述信号处理模块连接在光电探测器和相位调制器之间。


2.根据权利要求1所述的一种干涉型光纤陀螺仪，其特征在于：所述相位调制器包括一对旋光方向相反且旋转角度为45°的法拉第旋光器和设置在一对法拉第旋光器之间的双偏振模式条波导。


3.根据权利要求2所述的一种干涉型光纤陀螺仪，其特征在于：所述双偏振模式条波导的材质为铌酸锂光波导，并采用z轴切、z...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐跃峰，王明君，宫宸博，冯麒，李卫，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13