偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺和它的制备方法技术

本专利申请将揭示一种简单、成本低，而又实用的全光纤陀螺结构，其中使用若干个无源光纤偏振态控制与变换器（ＰＰＣ），使得光在陀螺中各部分都自动地处于稳定的偏振态。陀螺环中顺逆时针运行的光束均处于线偏振态，且依助于ＰＰＣ的作用均自动地稳定在光纤的同一主轴上。从陀螺环出来的两束光分别再通过ＰＰＣ变为圆偏振光，进行合成和干涉。所揭示的思想既适用于陀螺（即Ｓａｇｎａｃ干涉仪），也同样适用于它种干涉仪。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光纤系统，特别涉及一种光纤干涉仪及其制备方法。本专利申请所揭示的各光纤系统均属于光纤干涉仪，其用途除为基本研究所需外，主要是在传感方面。光纤陀螺是干涉仪中的一种，即Sagnac干涉仪，其用途是传感角速。本专利技术的构思普遍适用于各种光纤干涉仪，但本申请书的内容将以所专利技术的一种全光纤陀螺为重点。目前正在研究和发展中的光纤陀螺，在一些应用中正在取代机械陀螺，同时也成为激光陀螺的竞争对手。从成本低廉且耐用的观点看，光纤陀螺恐怕早晚要占优势。现有的各种光纤陀螺，还存在着不少问题，其中特别关键的，一是激光器光源因频率抖动而产生的相位噪声，一是由于光束偏振态不稳定而产生的信号漂移和衰落。在不少场合，后一问题更加严重，因为在最不利的情况下不仅出现某种形式的噪声，而是使检测信号全部消失。目前，减少相位噪声的办法一般是使用超辐射发光二极管SLD作为光源。至于后一问题，即改善光纤陀螺系统中光束偏振态的不稳定性的问题，则现有的一些办法都未能见效。现有的光纤陀螺，其在光的偏振态方面的特征是，整个陀螺系统各部件中的光全部都是在线偏振态下工作。典型的陀螺系统包括输出为线偏振光的光源，接上定向耦合器、单偏器和第二个定向耦合器，给出功率等分的两束线偏振光，分别进入陀螺环光纤的两个端头。为使光纤陀螺各部件中光束均工作在正确的线偏振态，在连接系统中每一部件时，实际可行的方法是监视其输出功率。从光源顺序接第一个定向耦合器、单偏器和第二个定向耦合器，用上述监视功率的方法进行器件之间的连接都没有什么实际的困难。甚至将第二个定向耦合器的一个输出端与陀螺环(即Sagnac转动环)的一个端头相连接，也还可以利用这种监视功率的方法进行，即在输出功率取最大值时即可认为接点两边的主轴已经对准。麻烦的是整个陀螺系统中最后一个接点的连接，即将第二个定向耦合器剩下的一个端头和陀螺环剩下的一个端头互相连接起来的最后一个步骤。在这个步骤上，由于陀螺环接通后其中存在有沿顺时针和逆时针两个相反方向运行的光束，就无法利用监视功率的方法进行接点两边光纤主轴的对准。这样一来，由于最后一个接点不能保证接准，就很难避免光的偏振态的失调，也就很难避免由此而产生的被测干涉信号的漂移和衰落。现有光纤陀螺系统中的陀螺环，无论是用常规光纤或非常规保偏光纤绕成，都很难避免上述的麻烦问题。在使用常规光纤绕制陀螺环的情况下，由于常规光纤本身所固有的偏振态不稳定性，陀螺环中的两束光取任何偏振态都有可能，这样，两束光合成和干涉后的结果并不代表真实的被测信号。为此，目前光纤陀螺中的陀螺环多数用保偏光纤绕成。所谓“保偏”光纤，其实是指保持线偏振态的光纤。从原理上说，采用保偏光纤应该解决了问题。但实际上，困难依旧存在，原因是，保偏光纤的保偏特性要求所传输的线偏振光始终工作在光纤的一个主轴上。如果线偏振光偏离了主轴，则所谓“保偏”光纤并不起保偏作用，其中光的偏振态即使在理想的不受外界干扰的条件下也沿光纤长度不断变化。这样一来，由于前述的最后一个接点两边光纤主轴不能保证对准的问题，即使用保偏光纤绕制陀螺环，也仍然不能避免因光的偏振态失调而对陀螺效应所造成的麻烦。本专利技术的目的是提供一种偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺系统;本专利技术的进一步目的是提供上述系统的制备方法及其一种工艺设备;本专利技术的另一目的是提供几种应用偏振态无源自动稳定全光纤的其它干涉仪系统。本专利申请所揭示的全光纤陀螺系统，它摆脱了所有传统的和现有的陀螺方案(其中全部都用线偏振光)，创造出一种特别的方案，其中不单用线偏振光，同时也用圆偏振光，而光的两种不同偏振态的相互变换和控制，则依助于无源偏振态控制与变换器(简称PPC，即英文PassivePolarizationControl一词各字第一字母的并写)，此种器件已在本专利技术人申请的中国待批专利CN1042242A和中国专利申请书91107430.9，以及本专利技术人拥有的美国专利技术专利4，943，132和5，096，312中予以揭示。附图说明图1是本专利技术所述的全光纤陀螺系统的结构示意图。图2是PPC的实际结构示意图。图3是将圆偏振态变换为主轴X上线偏振态的PPC的示意图。图4是将圆偏振态变换为主轴Y上线偏振态的PPC的示意图。图5是制备PPC或带PPC的陀螺环及带PPC的光纤臂的一种工艺设备的示意图。图6是采用PPC的Mach-Zhender全光纤干涉仪的示意图。图7是采用PPC的Michelson全光纤干涉仪的示意图。图8是采用PPC的Fabry-Perot全光纤干涉仪的示意图。以下结合附图对本专利技术作详细说明。图1示本专利技术所揭示的全光纤陀螺系统的结构。S为超辐射发光二极管光源;PPC0为线偏振态到圆偏振态的变换器;C1和C2为定向耦合器;D为检测器;L为匹配负载;Ω示陀螺环(或Sagnac环)的角转速，此陀螺环的两个端头均带有PPC。图2示PPC0的实际结构示意图，图中标数1为双折射光纤横截面，2为纤芯，3为应力作用区，4为变旋距光纤。图3是将圆偏振态变换为主轴X上线偏振态的PPC的示意图。图4是将圆偏振态左右旋加以改变使PPC输出端的线偏振光落到主轴Y上的示意图。图5是制备PPC或带PPC的陀螺环，及带PPC的光纤臂的一种工艺设备示意图。它是以双折射光纤为原材料制作PPC或制作带有PPC的陀螺环和带有PPC的光纤臂的工艺设备。图中注字F代表被加工的双折射光纤;1和2代表两个光纤固定器，后者的结构是使光纤可从2的轴线中心穿过;H代表微加热器，它可沿光纤长度来回作直线运动，如箭头L所示;R是带动微加热器H的马达;S是旋扭光纤的变速马达;3代表螺丝孔，用以选定被加工的光纤长度。图6是Mach-Zhender全光纤干涉仪的示意图。图中L示激光源;S和R分别示带有PPC端头的传感光纤臂和参考光纤臂;M是匹配负载;其余符号的意义同前。图7是Michelson全光纤干涉仪的示意图;其中右端的划线是示意说明光纤终端为全反射面;其余符号的意义同前。图8是Fabry-Perot全光纤干涉仪的示意图;其中PR所指向的竖直线示意表明该处光纤横截面为部分反射面;TR示光纤终端为全反射面;其余符号的意义同前。中国待批专利CN1042242A和中国专利申请书91107430.9，以及美国专利技术专利4，943，132和5，096，312，揭示了本专利申请人所专利技术的无源光纤偏振态控制与变换器(简称PPC)，它既具有控制无规线偏振态的功能，同时具有对不同偏振态进行变换的功能，其中对本项专利申请特别有用的是主轴上线偏振态与圆偏振态之间的变换。如前所述，现有的各种光纤陀螺系统在其整个光路中全部都是利用线偏振光工作，而无例外。此类系统的一个迄今未得解决的技术难题是如何将光纤定向耦合器分束出来的两束线偏振光都对准射到陀螺环光纤的同一主轴上，参见B.Culshaw，PolarizationPhenomenainOpticalFibreSagnacInterferometers，Proc.ofProgressInElectromagneticsRes.Symposium， sposoredbyMIT，Cambridge，USA，July1991。从这一技术难题得到的启发是，如果存在着一种简单的、又无需任何人工调整的无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺系统，其特征是，该系统包含一光源、一光纤定向耦合器组件，和两端均带有无源光纤偏振态控制与变换器（ＰＰＣ）的陀螺环。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宏嘉，
申请(专利权)人：黄宏嘉，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]