基于组合调制低相干光集成化的角速度检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于组合调制低相干光集成化的角速度检测系统及方法。本发明专利技术中低相干光源输出的低相干光进入光波导谐振腔内，之后从谐振腔透射端输出的光经过组合调制后，再次进入谐振腔，最终光信号从最初的入射端口输出，经解调后成为系统的输出。本发明专利技术利用巧妙的结构将低相干光应用于角速度的检测中，从而在源头上降低了传统谐振式微光学陀螺中偏振噪声、残余强度噪声等许多光学寄生效应，并利用组合调制的手段抑制了背向散射噪声，这不仅简化了系统结构而且在很大程度上提高了系统的稳定性。此外，集成化的设计将更有利于系统漂移的减小及小型化的实现。漂移的减小及小型化的实现。漂移的减小及小型化的实现。

【技术实现步骤摘要】
基于组合调制低相干光集成化的角速度检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及信号检测
，尤其涉及一种应用于低相干光源、光波导谐振腔角速度检测的组合调制技术。光学谐振腔具有对输入光进行选频和滤波的作用，根据光学Sagnac效应，在不同旋转角速度下谐振腔对顺时针光路和逆时针光路具有不同的滤波特性，基于此特性可用来检测系统的角速度。

技术介绍

[0002]谐振式光学陀螺是一种利用光学Sagnac效应来实现对角速度进行检测的一种高精度惯性传感器，它包括谐振式光纤陀螺和谐振式微光学陀螺两大类。其中，谐振式光纤陀螺利用光纤谐振腔作为其敏感元件，谐振式微光学陀螺则是利用光波导谐振腔作为其敏感元件，因此在小型化与集成化上谐振式微光学陀螺具有更大的优势。
[0003]由于Sagnac效应是一种极其微弱的效应，而传统的谐振式微光学陀螺是利用高相干性的光作为其系统光源，这就会使得系统内产生许多光学寄生效应，如背向散射噪声、偏振噪声、残余强度噪声等。这些噪声的出现会增加系统信号处理的复杂性，同时也限制了系统精度的提升，更不利于系统小型化的实现。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供了一种采用低相干光源作为发射源，光波导谐振腔作为角速度敏感元件，利用不同角速度下顺时针光路和逆时针光路滤波特性的不同，实现角速度检测的检测系统及方法。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006]本专利技术首先提供了一种基于组合调制低相干光集成化的角速度检测系统，其包括由低相干光源和光电探测器模块、耦合器和光波导谐振腔模块、相位调制器和反射镜模块所构成的光学系统以及由信号调制解调模块所构成的信号处理系统；所述低相干光源和光电探测器模块包括低相干光源和光电探测器，耦合器和光波导谐振腔模块包括耦合器和光波导谐振腔，相位调制器和反射镜模块包括相位调制器和反射镜；低相干光源、耦合器、光波导谐振腔、相位调制器依次相连；经相位调制器调制后的信号经反射镜反射后再次经过相位调制器以及光波导谐振腔；光波导谐振腔的输出经过耦合器后连接到光电探测器；光电探测器的输出信号输入到信号调制解调模块；信号调制解调模块产生的调制信号输入到相位调制器，信号调制解调模块产生的解调信号作为系统输出信号输入到外部数据记录仪。
[0007]作为本专利技术的优选方案，所述的低相干光源和光电探测器模块、耦合器和光波导谐振腔模块、相位调制器和反射镜模块通过Die to Wafer)键合技术异质集成在同一个Si基底上。
[0008]作为本专利技术的优选方案，所述的光波导谐振腔为氧化硅或氮化硅光波导环形谐振腔，所述相位调制器为铌酸锂相位调制器。
[0009]本专利技术还提供了一种应用上述检测系统的检测方法，其包括以下步骤：
[0010](1)光的传输：低相干光源发出的光经过耦合器后先从逆时针方向经过光波导谐振腔，之后经过相位调制器进行调制，调制后的光经反射镜反射再次经过相位调制器进行二次调制后从顺时针方向进入光波导谐振腔并从入腔端输出；
[0011](2)组合调制：逆时针出腔的光两次经过相位调制器，并被相位调制器进行组合调制其中，信号调制解调模块产生正弦调制信号U1(t)，驱动相位调制器完成相位调制，同时信号调制解调模块生成移频信号U2(t)，驱动相位调制器完成移频从而实现对系统中背向散射噪声的抑制；(3)信号的解调：顺时针出腔的光再次经过耦合器后进入光电转换器转换为电信号；之后信号解调模块产生与正弦调制信号U1(t)同频的参考信号对电信号进行解调；
[0012](4)系统信号输出：解调后的信号作为角速度检测系统的输出信号，输出至外部数据记录仪。
[0013]作为本专利技术的优选方案，所述的移频信号U2(t)为不会引入系统偏置的信号。优选的，所述的移频信号U2(t)为三角波信号或正弦调制信号。
[0014]本专利技术具有的有益效果：
[0015]本专利技术提供的基于组合调制低相干光集成化的角速度检测系统及方法，利用低相干光作为光源可以在很大程度上减小包括偏振噪声在内的光学寄生效应，从而在很大程度上提高了系统的稳定性。
[0016]本专利技术提供的基于组合调制低相干光集成化的角速度检测系统及方法，利用组合调制的手段抑制了原本存在于该系统的背散噪声，从而有效的抑制了漂移。
[0017]本专利技术提出的基于组合调制低相干光集成化的角速度检测系统及方法，对系统采用了集成化的设计，因此极大的缩小了系统的体积，同时在很大程度上降低了顺、逆时针光束的入腔时间差，从而有效的降低了系统的漂移。
附图说明
[0018]图1是基于组合调制低相干光集成化的角速度检测系统及方法的结构示意图；
[0019]图2是信号解调后输出的曲线示意图。
[0020]图3是基于组合调制低相干光集成化的角速度检测在转动时顺时针和逆时针谐振频率与激光器频率关系示意图。
[0021]图4是基于组合调制低相干光集成化的角速度检测系统及方法的具体实施案例示意图。
[0022]图中：1、硅基底，2、氧化硅或氮化硅光波导环形谐振腔和耦合器模块，3、低相干光源和光电探测器模块，4、相位调制器和反射镜模块，5、信号调制解调模块，6、数据记录仪，7、光电探测器，8、低相干光源，9、相位调制器，10、反射镜，11耦合器。
具体实施方式
[0023]下面结合实例和附图来详细说明本专利技术，但本专利技术不仅限于此。
[0024]如图1所示，本实施例基于组合调制低相干光集成化的角速度检测系统包括由低相干光源和光电探测器模块、耦合器和光波导谐振腔模块、相位调制器和反射镜模块所构
成的光学系统以及由信号调制解调模块所构成的信号处理系统；所述低相干光源和光电探测器模块包括低相干光源和光电探测器，耦合器和光波导谐振腔模块包括耦合器和光波导谐振腔，相位调制器和反射镜模块包括相位调制器和反射镜；低相干光源、耦合器、光波导谐振腔、相位调制器依次相连；经相位调制器调制后的信号经反射镜反射后再次经过相位调制器以及光波导谐振腔；光波导谐振腔的输出经过耦合器后连接到光电探测器；光电探测器的输出信号输入到信号调制解调模块；信号调制解调模块产生的调制信号输入到相位调制器，信号调制解调模块产生的解调信号作为系统输出信号输入到外部数据记录仪。
[0025]上述检测系统的检测方法，包括以下步骤：
[0026](1)光的传输：低相干光源发出的光经过耦合器后先从逆时针方向经过光波导谐振腔，之后经过相位调制器进行调制，调制后的光经反射镜反射再次经过相位调制器进行二次调制后从顺时针方向进入光波导谐振腔并从入腔端输出；
[0027](2)组合调制：逆时针出腔的光两次经过相位调制器，并被相位调制器进行组合调制。具体来说：信号调制解调模块产生正弦调制信号U1(t)，驱动相位调制器完成相位调制，同时信号调制解调模块生成移频信号U2(t)，驱动相位调制器完成移频从而实现对系统中背向散射噪声的抑制，其中三角波信号可替换为其他不会引本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于组合调制低相干光集成化的角速度检测系统，其特征在于，它包括由低相干光源和光电探测器模块、耦合器和光波导谐振腔模块、相位调制器和反射镜模块所构成的光学系统以及由信号调制解调模块所构成的信号处理系统；所述低相干光源和光电探测器模块包括低相干光源和光电探测器，耦合器和光波导谐振腔模块包括耦合器和光波导谐振腔，相位调制器和反射镜模块包括相位调制器和反射镜；低相干光源、耦合器、光波导谐振腔、相位调制器依次相连；经相位调制器调制后的信号经反射镜反射后再次经过相位调制器以及光波导谐振腔；光波导谐振腔的输出经过耦合器后连接到光电探测器；光电探测器的输出信号输入到信号调制解调模块；信号调制解调模块产生的调制信号输入到相位调制器，信号调制解调模块产生的解调信号作为系统输出信号输入到外部数据记录仪。2.根据权利要求1所述的基于组合调制低相干光集成化的角速度检测系统，其特征在于，所述的低相干光源和光电探测器模块、耦合器和光波导谐振腔模块、相位调制器和反射镜模块通过Die to Wafer键合技术异质集成在同一个Si基底上。3.根据权利要求1所述的基于组合调制低相干光集成化的角速度检测系统，其特征在于，所述的光波导谐振腔为氧化硅或...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘霜，刘路，马慧莲，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：