一种有源谐振光纤陀螺制造技术

本发明专利技术公开了一种有源谐振光纤陀螺，包括激光光源、相位调制器、环形器、第一耦合器、气体填充的光子晶体光纤谐振腔、第二耦合器、第三耦合器、FPGA模块和信号处理系统。本发明专利技术采用气体填充的光子晶体光纤作为谐振腔以增大增益，单向泵浦光输入以解决激光分束不均造成的稳定性较差问题，且用反向输出的级联布里渊激光进行角速度敏感可以解决原有方案中的闭锁效应。锁效应。锁效应。

【技术实现步骤摘要】
一种有源谐振光纤陀螺


[0001]本专利技术属于光纤陀螺
，尤其涉及一种气体填充型有源谐振光纤陀螺。

技术介绍

[0002]光纤陀螺(FOG)是一种基于光纤中Sagnac效应，用以敏感旋转角速度的新型惯性器件。Sagnac效应是一种外界旋转角速率会对光的干涉产生影响的现象：一个闭合的光学环路中，从其中任意某一点发出的沿相反方向传播的两束光波，传输一周后返回到该点时，两束光波的相位将随着相对惯性空间的旋转而发生变化，它是所有光学陀螺的理论基础。
[0003]到目前为止，经历了干涉式(I
‑
FOG)、谐振式(R
‑
FOG)和布里渊式(BFOG)三代的发展。其中干涉式光纤陀螺已经有非常成功的商用化产品并应用于各个领域，谐振式光纤陀螺正处于实验室研究向实用化过渡的阶，受激布里渊光纤陀螺则基本仍处于原理研究阶段。
[0004]BFOG是一种有源光纤谐振陀螺。当入射到光纤中的光强超过光纤的布里渊阈值时，由于电致伸缩效应，会在光纤中产生运动声波，这种运动声波的存在导致了受激布里渊散射的产生。当两束泵浦光同时沿相反方向入射到环形谐振腔中时，会产生两束与泵浦光方向相反的布里渊光，若环形谐振腔静止，两束布里渊光的频率相同；当环形谐振腔沿某一方向以角速度发生旋转时，则产生的两束布里渊光之间会存在正比于角速度的频率差。将两束布里渊光合并使其产生拍频，测出该拍频的大小即可获得光纤谐振腔的旋转速率。该类型光纤陀螺结构简单，不需要复杂的外围电路即可实现精确地测量，是陀螺未来的理想发展方向。
[0005]然而，目前的有源谐振陀螺方案谐振腔中的增益较低，需要光源具有窄线宽、大功率及波长和功率高度稳定等特性，才能在较短的光纤环形腔中产生稳定的激光。与此同时，它也存在与传统激光陀螺一样的闭锁问题。利用气体布里渊效应可以实现空芯光子晶体光纤里的光放大，其增益系数能远远大于传统的标准单模光纤。

技术实现思路

[0006]为了解决上述已有技术存在的不足，本专利技术提出一种气体填充的有源谐振光纤陀螺，具有谐振腔高增益，光源功率较低，无闭锁效应，高可靠性的优点。本专利技术的具体技术方案如下：
[0007]一种有源谐振光纤陀螺，包括激光光源、相位调制器、环形器、第一耦合器、气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔、第二耦合器、第三耦合器、FPGA模块和信号处理系统，其中，
[0008]所述激光光源发出的泵浦光经过信号发生器驱动的所述相位调制器后进入所述环形器，然后经由所述第二耦合器进入所述气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔中；
[0009]泵浦光在所述气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔谐振，功率达到一阶受激布里渊散射阈值后激发出反向一阶斯托克斯光；
[0010]泵浦光和一阶斯托克斯光从所述气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔输出，经所
述第二耦合器之后，一阶斯托克斯光经过所述环形器及所述第一耦合器，部分泵浦光经过所述第三耦合器，两束光汇合后经由所述第一耦合器输出进入所述信号处理系统进行信号处理并输出信号；部分泵浦光经过所述第三耦合器输出进入所述FPGA模块处理，反馈至所述相位调制器上用于稳定所述激光光源频率。
[0011]进一步地，所述气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔与普通光纤通过空间耦合对准装置进行耦合，在所述空间耦合对准装置上设置密封的充气气室及气体阀，用于将空芯光子晶体光纤抽真空后充入气体。
[0012]一种有源谐振光纤陀螺，其特征在于，包括激光光源、环形器、第一耦合器、气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔、第二耦合器、第三耦合器、FPGA模块、信号处理系统和压电陶瓷，其中，
[0013]所述气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔缠绕于所述压电陶瓷上，通过所述FPGA模块的反馈信号控制所述压电陶瓷，使其产生形变，进而微调所述气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔的长度，实现维持谐振作用；
[0014]所述激光光源发出的泵浦光进入所述环形器，然后经由所述第二耦合器进入所述气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔中；
[0015]泵浦光在所述气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔谐振，功率达到一阶受激布里渊散射阈值后激发出反向一阶斯托克斯光；
[0016]泵浦光、一阶斯托克斯光从所述气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔输出，经所述第二耦合器之后，一阶斯托克斯光经过所述环形器及所述第一耦合器，部分泵浦光经过所述第三耦合器，两束光汇合后经由所述第一耦合器输出进入所述信号处理系统进行信号处理并输出信号；部分泵浦光经过所述第三耦合器输出进入所述FPGA模块处理，反馈至所述压电陶瓷上用于微调所述气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔的长度，实现维持谐振作用。
[0017]进一步地，所述气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔与普通光纤通过空间耦合对准装置进行耦合，在所述空间耦合对准装置上设置充气气室及气体阀，用于将空芯光子晶体光纤抽真空后充入气体。
[0018]进一步地，所述第一耦合器为分光比为50/50的膜片式光纤耦合器，所述第二耦合器为98/2、99/1、99.5/0.5、97/3或96/4的膜片式光纤耦合器，所述第三耦合器为98/2、99/1、99.5/0.5、97/3或96/4的膜片式光纤耦合器。
[0019]本专利技术的有益效果在于：
[0020]1.相较于传统有源谐振光纤陀螺，本专利技术采用气体填充的光子晶体光纤谐振腔，增加增益系数，补偿损耗。
[0021]2.相对于传统的无源谐振光纤陀螺，本专利技术将谐振腔变为有源谐振腔，可以提高光纤陀螺的信噪比。
[0022]3.解决传统布里渊光纤陀螺中的闭锁问题。
[0023]4.本专利技术采用单向泵浦光，降低实现难度，解决了由于前段耦合器难以100％实现泵浦光均分造成的功率稳定性较差问题。
[0024]5.本专利技术提出的有源谐振光纤陀螺器件少、结构简单，有利于实现光纤陀螺小型化，而且有很强的可行性和实用性。
附图说明
[0025]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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，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，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
[0026]图1为本专利技术的一个实施例的有源谐振光纤陀螺结构示意图；
[0027]图2为本专利技术的第二个实施例的有源谐振光纤陀螺结构示意图；
[0028]图3为光纤的耦合方式。
[0029]附图标号说明：
[0030]1‑
激光光源，2
‑
相位调制器，3
‑
环形器，4
‑
第一耦合器，5
‑
气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔，6
‑
第二耦合器，7
‑
第三耦合器，8
‑
FPGA模块，9
‑
信号处理系统，10...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有源谐振光纤陀螺，其特征在于，包括激光光源(1)、相位调制器(2)、环形器(3)、第一耦合器(4)、气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔(5)、第二耦合器(6)、第三耦合器(7)、FPGA模块(8)和信号处理系统(9)，其中，所述激光光源(1)发出的泵浦光经过信号发生器驱动的所述相位调制器(2)后进入所述环形器(3)，然后经由所述第二耦合器(6)进入所述气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔(5)中；泵浦光在所述气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔(5)谐振，功率达到一阶受激布里渊散射阈值后激发出反向一阶斯托克斯光；泵浦光和一阶斯托克斯光从所述气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔(5)输出，经所述第二耦合器(6)之后，一阶斯托克斯光经过所述环形器(3)及所述第一耦合器(4)，部分泵浦光经过所述第三耦合器(7)，两束光汇合后经由所述第一耦合器(4)输出进入所述信号处理系统(9)进行信号处理并输出信号；部分泵浦光经过所述第三耦合器(7)输出进入所述FPGA模块(8)处理，反馈至所述相位调制器(2)上用于稳定所述激光光源(1)频率。2.根据权利要求1所述的有源谐振光纤陀螺，其特征在于，所述气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔(5)与普通光纤通过空间耦合对准装置(10)进行耦合，在所述空间耦合对准装置(10)上设置密封的充气气室(12)及气体阀，用于将空芯光子晶体光纤抽真空后充入气体。3.一种有源谐振光纤陀螺，其特征在于，包括激光光源(1)、环形器(3)、第一耦合器(4)、气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔(5)、第二耦合器(6)、第三耦合器(7)、FPGA模块(8)、信号处理系统(9)和压电陶瓷(11)，其中，所述气体填充的空芯光子晶体光纤谐振腔(5)缠绕于所述压电陶瓷(11...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐小斌，柳辰琛，宋凝芳，高福宇，杨合，高乘春，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：