消偏型光纤陀螺光纤敏感环路中光纤消偏器参数测量方法技术

本发明专利技术属于光纤陀螺领域，具体涉及一种消偏型光纤陀螺光纤敏感环路中光纤消偏器参数测量方法、系统、设备，旨在解决现有技术无法准确测量消偏型光纤陀螺光纤敏感环路中光纤消偏器参数，导致消偏型光纤陀螺性能劣化的问题。本发明专利技术方法包括：测量消偏型光纤陀螺光纤敏感环路的输出光谱，作为实测调制光谱；对实测调制光谱进行归一化自相关计算，得到归一化自相关曲线，并提取特征峰信息；构建光纤消偏器参数测量方程组；求解光纤消偏器参数测量方程组，得到两个光纤消偏器中保偏光纤的长度、Y波导保偏尾纤和保偏光纤熔接点处偏振主轴夹角。本发明专利技术实现了消偏型光纤陀螺光纤敏感环路中光纤消偏器参数的准确测量，提升了光纤消偏器的质量。器的质量。器的质量。

【技术实现步骤摘要】
消偏型光纤陀螺光纤敏感环路中光纤消偏器参数测量方法


[0001]本专利技术属于光纤陀螺领域，具体涉及一种消偏型光纤陀螺光纤敏感环路中光纤消偏器参数测量方法、系统、设备。

技术介绍

[0002]消偏型光纤陀螺是一种采用单模光纤环的干涉型光纤陀螺，具有灵敏度高、成本低、磁场灵敏度低的特点，在光纤环成本占比明显的高精度光纤陀螺领域具有较强的应用价值和竞争力。光纤消偏器是消偏型光纤陀螺的关键光学器件，它使进入单模光纤环中的宽谱光实现消偏，提高了干涉信号的稳定性，抑制了大部分由偏振态不稳定造成的噪声和漂移，可以说光纤消偏器的质量决定了消偏型光纤陀螺的性能。光纤消偏器一般由两段长度比为1:2的保偏光纤以45
°
角度熔接构成，为保证消偏效果，较短的保偏光纤长度需要远大于光源去相干对应的光纤长度，同时45
°
熔接角的误差也要尽量小。保偏光纤的长度和两保偏光纤之间的熔接角这些参数决定了光纤消偏器的质量，因此准确评估光纤消偏器的参数非常重要。
[0003]消偏型光纤陀螺的光纤敏感环路由Y波导调制器芯片、两段保偏尾纤、两段设定长度的保偏光纤和单模光纤环组成，其中两段保偏尾纤和两段保偏光纤分别熔接，且要求在熔接点处保偏尾纤和保偏光纤间偏振主轴夹角为45
°
，形成了两个由四段保偏光纤组成的光纤消偏器，四段保偏光纤长度比应该满足1:2:4:8的关系。Y波导调制器芯片保偏尾纤输出光为线偏振光，此线偏振光以45
°
入射进第二段保偏光纤才能实现均匀分光，而偏振随机化与去相干的效果主要由第二段保偏光纤的长度保证，所以消偏器中保偏光纤熔接点的偏振主轴夹角和第二段保偏光纤长度是需要重点关注的参数。到目前为止，消偏型光纤陀螺所用的光纤消偏器一般需要独立制作，然后接入光纤环路中。由于接入过程中存在熔接角度误差和光纤截取及切割长度不确定的问题，接入光纤环路后光纤消偏器的参数将会发生较大的变化，常规的方法无法实现这种状况的光纤消偏器参数的测量，导致消偏型光纤陀螺的性能出现众多不能确定的因素。
[0004]研究表明，消偏型光纤陀螺的光纤敏感环路输出光谱为干涉“梳状”调制谱形，主要由光纤消偏器中第二段保偏光纤引入的偏振干涉形成。基于这个理论，本专利技术提出了一种消偏型光纤陀螺的光纤敏感环路中组成光纤消偏器的第二段保偏光纤长度和保偏光纤熔接点处偏振主轴夹角的在线测量方法，简称为：消偏型光纤陀螺光纤敏感环路中光纤消偏器参数测量方法。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术无法准确测量消偏型光纤陀螺光纤敏感环路中光纤消偏器参数，进而导致消偏型光纤陀螺性能劣化的问题，本专利技术提出了一种消偏型光纤陀螺光纤敏感环路中光纤消偏器参数测量方法，应用于消偏型光纤陀螺光路，该光路包括宽谱光源、耦合器、光纤敏感环路、光纤光谱仪；所述光纤光谱仪与计
算机连接；所述光纤敏感环路由Y波导调制器芯片、第一光纤消偏器、第二光纤消偏器、单模光纤环组成；光纤消偏器由Y波导保偏尾纤和保偏光纤组成；该参数测量方法包括：
[0006]步骤S100，通过所述光纤光谱仪测量消偏型光纤陀螺光纤敏感环路的输出光谱，作为实测调制光谱；
[0007]步骤S200，对所述实测调制光谱进行归一化自相关计算，得到归一化自相关曲线，并从该归一化自相关曲线提取特征峰信息；所述特征峰信息包括特征峰的峰值点位置和强度；
[0008]步骤S300，结合特征峰信息，构建光纤消偏器参数测量方程组；
[0009]步骤S400，求解光纤消偏器参数测量方程组，得到两个光纤消偏器中保偏光纤的长度、Y波导保偏尾纤和保偏光纤熔接点处偏振主轴夹角。
[0010]在一些优选的实施方式中，消偏型光纤陀螺光纤敏感环路的输出光谱的模型，其表达式为：
[0011][0012]其中，I
out
(v)表示输出光谱，v表示光频率，Iin(v)表示宽谱光源的光谱，为Sagnac相移，F(v)为光谱传递函数。
[0013]在一些优选的实施方式中，所述光谱传递函数为：
[0014]F(v)＝F0+F1(v)+F2(v)+F3(v)
[0015]F0＝1/2+1/2cos2θ
12
cos2θ
34
cos2θ
2s
cos2θ
4s
[0016]F1(v)＝
‑
1/2sin2θ
12
cos2θ
34
sin2θ
2s
cos2θ
4s
cos(2πvτ2)
‑
1/2cos2θ
12
sin2θ
34
cos2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πvτ4)
‑
1/2cos2θ
12
cos2θ
34
sin2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πvτ
s
)
[0017]F2(v)＝
‑
1/2sin2θ
12
cos2θ
34
cos2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πv(τ2+τ
s
))+1/2sin2θ
12
cos2θ
34
sin2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πv(τ2‑
τ
s
))
‑
1/2cos2θ
12
sin2θ
34
sin2θ
2s
cos2θ
4s
cos(2πv(τ4+τ
s
))+1/2cos2θ
12
sin2θ
34
sin2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πv(τ4‑
τ
s
))+1/4sin2θ
12
sin2θ
34
sin2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πv(τ2+τ4))+1/4sin2θ
12
sin2θ
34
sin2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πv(τ2‑
τ4))
[0018]F3(v)＝
‑
1/2sin2θ
12
sin2θ
34
cos2θ
2s
cos2θ
4s
cos(2πv(τ2+τ4+τ
s
))
‑
1/2sin2θ
12
sin2θ
34
sin2θ
2s
sin2θ
4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消偏型光纤陀螺光纤敏感环路中光纤消偏器参数测量方法，应用于消偏型光纤陀螺光路，该光路包括宽谱光源、耦合器、光纤敏感环路、光纤光谱仪；所述光纤光谱仪与计算机连接；所述光纤敏感环路由Y波导调制器芯片、第一光纤消偏器、第二光纤消偏器、单模光纤环组成；光纤消偏器由Y波导保偏尾纤和保偏光纤组成；其特征在于，该参数测量方法包括：步骤S100，通过所述光纤光谱仪测量消偏型光纤陀螺光纤敏感环路的输出光谱，作为实测调制光谱；步骤S200，对所述实测调制光谱进行归一化自相关计算，得到归一化自相关曲线，并从该归一化自相关曲线提取特征峰信息；所述特征峰信息包括特征峰的峰值点位置和强度；步骤S300，结合特征峰信息，构建光纤消偏器参数测量方程组；步骤S400，求解光纤消偏器参数测量方程组，得到两个光纤消偏器中保偏光纤的长度、Y波导保偏尾纤和保偏光纤熔接点处偏振主轴夹角。2.根据权利要求1所述的消偏型光纤陀螺光纤敏感环路中光纤消偏器参数测量方法，其特征在于，消偏型光纤陀螺光纤敏感环路的输出光谱的模型，其表达式为：其中，I
out
(ν)表示输出光谱，ν表示光频率，I
in
(ν)表示宽谱光源的光谱，为Sagnac相移，F(ν)为光谱传递函数。3.根据权利要求2所述的消偏型光纤陀螺光纤敏感环路中光纤消偏器参数测量方法，其特征在于，所述光谱传递函数为：F(ν)＝F0+F1(ν)+F2(ν)+F3(ν)F0＝1/2+1/2cos2θ
12
cos2θ
34
cos2θ
2s
cos2θ
4s
F1(ν)＝
‑
1/2sin2θ
12
cos2θ
34
sin2θ
2s
cos2θ
4s
cos(2πντ2)
‑
1/2cos2θ
12
sin2θ
34
cos2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πντ4)
‑
1/2cos2θ
12
cos2θ
34
sin2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πντ
s
)F2(ν)＝
‑
1/2sin2θ
12
cos2θ
34
cos2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πν(τ2+τ
s
))+1/2sin2θ
12
cos2θ
34
sin2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πν(τ2‑
τ
s
))
‑
1/2cos2θ
12
sin2θ
34
sin2θ
2s
cos2θ
4s
cos(2πν(τ4+τ
s
))+1/2cos2θ
12
sin2θ
34
sin2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πν(τ4‑
τ
s
))+1/4sin2θ
12
sin2θ
34
sin2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πν(τ2+τ4))+1/4sin2θ
12
sin2θ
34
sin2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πν(τ2‑
τ4))F3(ν)＝
‑
1/2sin2θ
12
sin2θ
34
cos2θ
2s
cos2θ
4s
cos(2πν(τ2+τ4+τ
s
))
‑
1/2sin2θ
12
sin2θ
34
sin2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πν(τ2+τ4‑
τ
s
))+1/2sin2θ
12
sin2θ
34
cos2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πν(τ2‑
τ4+τ
s
))+1/2sin2θ
12
sin2θ
34
sin2θ
2s
cos2θ
4s
cos(2πν(τ2‑
τ4‑
τ
s
))其中，所述第一光纤消偏器由Y波导第一保偏尾纤和第二保偏光纤组成，所述第二光纤消偏器由Y波导第三保偏尾纤和第四保偏光纤组成，θ
12
、θ
34
分别为第一光纤消偏器中Y波导第一保偏尾纤和第二保偏光纤熔接点处偏振主轴的夹角、第二光纤消偏器中Y波导第三保偏尾纤和第四保偏光纤熔接点处偏振主轴的夹角，θ
2s
为第二保偏光纤与单模光纤环熔接点处的偏振主轴夹角，θ
4s
为第四保偏光纤与单模光纤环熔接点处的偏振主轴夹角，τ2＝ΔnL2/c，τ4＝ΔnL4/c，τ
s
＝Δn
s
L
s
/c，Δn为保偏光纤双折射，Δn
s
为单模光纤环平均双折射，L
s
为单模光纤环长度，L2、L4分别为第二保偏光纤的长度、第四保偏光纤的长度，c为真空中光速。
4.根据权利要求3所述的消偏型光纤陀螺光纤敏感环路中光纤消偏器参数测量方法，其特征在于，归一化自相关曲线中特征峰的模型为：P1＝A1·
γ
in
(l
‑
ΔnL2)A1＝|[
‑
1/2
×
sin2θ
12
cos2θ
34
sin2θ
2s
cos2θ
4s
cos(2πν0ΔnL2/c)
‑
1/2
×
sin2θ
12
cos2θ
34
cos2θ
2s
sin2θ
4s
cos(2πν0(ΔnL2+Δn
s
L
s
)/c)+1/2
×
sin2θ
12
cos2θ
34
sin2θ
2s
sin2θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨远洪，李帅，李良祯，王瑞琴，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：