刻度因数稳定的高精度光纤陀螺仪制造技术

本发明专利技术涉及光纤陀螺仪技术领域，公开了一种刻度因数稳定的高精度光纤陀螺仪，以达到稳定陀螺刻度因数的目的。该陀螺仪包括宽谱光源发生器、第二端口插有滤波片的三端光纤环形器、多功能光学芯片、光纤传感环、光电探测器及信号处理单元；宽谱光源发生器输出光信号至三端光纤环形器的第一端口，三端光纤环形器的第二端口与多功能光学芯片的输入端耦合，多功能光学芯片上集成起偏器、Y型分束器和相位调制器，Y型分束器的两个输出端口与光纤传感环的两个输入端口耦合，三端光线环形器的第三端口与光电探测器的输入端耦合，光电探测器输出端通过信号处理单元与多功能光学芯片的相位调制器电连接，信号处理单元输出角速度信号，该陀螺仪刻度因素稳定。

【技术实现步骤摘要】
刻度因数稳定的高精度光纤陀螺仪
本专利技术涉及光纤陀螺仪
，具体公开了一种刻度因数稳定的高精度光纤陀螺仪。
技术介绍
传统的高精度光纤陀螺结构如图3和如图4所示。图3是向后泵浦方式，图3中由泵浦激光器10发出的光，经波分复用耦合器20激励有源光纤30发出放大自发辐射ASE光(有源光纤30尾端可以含有法拉第反射镜或者普通反射镜)；图4是向前泵浦方式，图4中由泵浦激光器10发出的光，经波分复用WDM耦合器20激励有源光纤30发出放大自发辐射ASE光(波分复用耦合器20一端含有法拉第反射镜或者普通反射镜20-1)；图3或者图4中由有源光纤30发出的ASE光，经过隔离器90、滤波器100，由耦合器110将光一分为二，其中一束进入多功能铌酸锂集成光学芯片50的输入端，芯片50上集成有起偏器、Y型分束器和相位调制器，芯片50中的Y型分束器将光束一分为二后输出，其中上光束按顺时针方向经过光纤传感环60后返回芯片50；下光束按逆时针方向经过光纤传感环60后返回芯片50；这二束顺时针光和逆时针光由芯片50中的Y型分束器合成形成干涉，再经芯片50输入端至耦合器110将光一分为二，其中一束由光电探测器70变为电信号，经过信号处理单元80生产反馈加到芯片80中的相位调制器上，并同时输出陀螺仪相对于惯性参考系的角速度信号。因为光纤陀螺刻度因数与光信号接收端的平均波长密切相关，陀螺需要在很宽的温度条件下获得稳定的刻度因数，因此滤波器100起到稳定光源平均波长的作用。然而注意到光纤陀螺获得稳定的刻度因数所需要的是稳定光信号接收端光的平均波长，而不是从光源输出端的光平均波长，因此这种传统的通过用滤波器100稳定光源波长来达到接收端光信号平均波长稳定的方法存在重大缺陷；并且ASE光二次经过耦合器110时损失了3/4的光能量。为了克服以上问题，本专利技术的拟提供可以精确控制光信号接收端光平均波长的高精度光纤陀螺仪，从而达到稳定陀螺刻度因数的目的，并极大减少光能量损失从而有效提高陀螺的信噪比。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中高精度光纤陀螺仪在宽的工作温度范围接收端光平均波长不稳定、从而刻度因数不稳定的问题，提供可以稳定接收端平均光波长即刻度因数稳定、并有效提高陀螺信噪比的高精度光纤陀螺仪。本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种刻度因数稳定的高精度光纤陀螺仪，包括宽谱光源发生器、第二端口插有滤波片的三端光纤环形器、多功能光学芯片、光纤传感环、光电探测器及信号处理单元；宽谱光源发生器输出光信号至三端光纤环形器的第一端口，三端光纤环形器的第二端口与多功能光学芯片的输入端耦合，多功能光学芯片上集成起偏器、Y型分束器和相位调制器，Y型分束器的两个输出端口与光纤传感环的两个输入端口耦合，三端光纤环形器的第三端口与光电探测器的输入端耦合，光电探测器输出端通过信号处理单元与多功能光学芯片的相位调制器电连接，信号处理单元输出角速度信号。通过上述技术方案，由泵浦激光器发出的光，经宽谱光源发生器发出自放大发辐射ASE光，输入到带滤波片的特制三端光纤环行器的第一端口，ASE光经过三端光纤环行器内部的双折射和法拉第元件、再经过内部滤波片由三端光纤环行器第二端口输出，光进入多功能铌酸锂集成光学芯片的输入端，芯片上从输入端到输出端依次集成有起偏器、Y型分束器和相位调制器，芯片中的Y型分束器将光束一分为二后输出，其中上光束按顺时针方向经过光纤传感环后返回芯片；下光束按反时针方向经过光纤传感环后返回芯片；这二束顺时针光和反时针光由芯片中的Y型分束器合成形成干涉，经芯片输入端返回至特制环行器的第二端口，光在进入特制环行器第二端口内部先经过内部滤波片，再经过内部的法拉第元件和双折射元件，由环行器的第三端口输出，由光电探测器变为电信号，经过信号处理单元生产反馈加到芯片中相位调制器上，并同时输出陀螺仪相对于惯性参考系的角速度信号。因为光纤陀螺刻度因数与光源的平均波长密切相关，陀螺需要在很宽的温度条件下获得稳定的刻度因数，因此，当ASE光第一次经过特制环行器时，靠近环形器的第二端口的内部滤波片起到稳定输出光源输出平均波长的作用，当ASE光从芯片返回第二次经过环行器时，靠近第二端口的内部滤波片起到了减小了由于芯片和光纤环的波长滤波特性随温度改变导致的平均波长的变化，即再次起到稳定输出光源输出平均波长的作用。二次通过集成有滤波片的环形器将ASE光谱整形成高斯谱，有效提高陀螺的零偏稳定性。并且，因为无需二次经过耦合器损失3/4能量，采用三端光纤环行器在理论上还可以增加四倍光接收功率。因此，可以提供精确控制光信号接收端光平均波长的高精度光纤陀螺仪，从而达到稳定陀螺刻度因数的目的，提高信噪比。进一步的，宽谱光源发生器包括依次耦合的泵浦激光器、波分复用耦合器和有源光纤，光信号从波分复用耦合器输出至三端光纤环形器的第一端口。进一步的，有源光纤尾端设置法拉第反射镜或普通反射镜。法拉第反射镜或普通反射镜反射起始处的光，提高ASE光的输出效率。进一步的，宽谱光源发生器包括依次耦合的泵浦激光器、波分复用耦合器和有源光纤，光信号从有源光纤输出至三端光纤环形器的第一端口。进一步的，波分复用耦合器自由端设置法拉第反射镜或普通反射镜。法拉第反射镜或普通反射镜反射起始处的光，提高ASE光的输出效率。进一步的，三端光纤环形器的第二端口通过保偏光纤与多功能光学芯片的输入端耦合。采用保偏光纤，减低了陀螺各部件偏振依赖损耗的影响。进一步的，第二端口插有滤波片的三端光纤环形器用一个独立的环形器加一个独立的滤波器来代替，独立滤波器连接在独立环形器第二端口与多功能学芯片之间。进一步的，第二端口插有滤波片的三端光纤环形器用一个隔离器、一个耦合器加一个滤波器来代替，隔离器连接在宽谱光源发生器与耦合器之间，滤波器连接在耦合器第一输出端口与多功能芯片之间，耦合器的第二输出端口与光电探测器的输入端耦合。本专利技术的有益效果为：由于光束两次通过集成有滤波片的三端光纤环行器，有效降低了光信号接收端光谱分布随温度的变化，稳定了陀螺的刻度因数，并将光谱整形成高斯谱，提供了陀螺的零偏稳定性，同时增大了光接收功率，提高了陀螺信噪比。附图说明图1是实施例一的刻度因数稳定的高精度光纤陀螺仪结构示意图；图2是实施例二的刻度因数稳定的高精度光纤陀螺仪结构示意图；图3和图4是二种传统的高精度光纤陀螺仪。图中，1、泵浦激光器；2、波分复用耦合器；3、有源光纤；4、三端光纤环形器；4-1、第一端口；4-2、第二端口；4-3、第三端口；4-4、滤波片；5、多功能光学芯片；6、光纤传感环；7、光电探测器；8、信号处理单元；10、泵浦激光器；20、波分复用耦合器；20-1、反射镜；30、有源光纤；50、芯片；60、光纤传感环；70、光电探测器；80、信号处理单元；90、隔离器；100、滤波器；110、耦合器。具体实施方式实施例一如图1所示，一种刻度因数稳定的高精度光纤陀螺仪，包括宽谱光源发生器、第二端口4-2插有滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种刻度因数稳定的高精度光纤陀螺仪，其特征在于，/n包括宽谱光源发生器、第二端口(4-2)插有滤波片(4-4)的三端光纤环形器(4)、多功能光学芯片(5)、光纤传感环(6)、光电探测器(7)及信号处理单元(8)；/n宽谱光源发生器输出光信号至三端光纤环形器(4)的第一端口(4-1)，/n三端光纤环形器(4)的第二端口(4-2)与多功能光学芯片(5)的输入端耦合，/n多功能光学芯片(5)上集成起偏器、Y型分束器和相位调制器，/nY型分束器的两个输出端口与光纤传感环(6)的两个输入端口耦合，/n三端光纤环形器的第三端口(4-3)与光电探测器(7)的输入端耦合，/n光电探测器(7)输出端连接信号处理单元(8)，信号处理单元(8)的调制与反馈叠加输出端与多功能光学芯片(5)的相位调制器电连接，同时，信号处理单元(8)输出角速度信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种刻度因数稳定的高精度光纤陀螺仪，其特征在于，
包括宽谱光源发生器、第二端口(4-2)插有滤波片(4-4)的三端光纤环形器(4)、多功能光学芯片(5)、光纤传感环(6)、光电探测器(7)及信号处理单元(8)；
宽谱光源发生器输出光信号至三端光纤环形器(4)的第一端口(4-1)，
三端光纤环形器(4)的第二端口(4-2)与多功能光学芯片(5)的输入端耦合，
多功能光学芯片(5)上集成起偏器、Y型分束器和相位调制器，
Y型分束器的两个输出端口与光纤传感环(6)的两个输入端口耦合，
三端光纤环形器的第三端口(4-3)与光电探测器(7)的输入端耦合，
光电探测器(7)输出端连接信号处理单元(8)，信号处理单元(8)的调制与反馈叠加输出端与多功能光学芯片(5)的相位调制器电连接，同时，信号处理单元(8)输出角速度信号。


2.根据权利要求1所述的刻度因素稳定的高精度光纤陀螺仪，其特征在于，宽谱光源发生器包括依次耦合的泵浦激光器(1)、波分复用耦合器(2)和有源光纤(3)，光信号从波分复用耦合器(2)输出至三端光纤环形器(4)的第一端口(4-1)。


3.根据权利要求2所述的刻度因素稳定的高精度光纤陀螺仪，其特征在于，有源光纤(3)尾端设置法拉第反射镜或普通反射镜。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宏泽，吕翀，吕钢，
申请(专利权)人：浙江贯道精密科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33