一种光纤陀螺仪用紧凑型预报单光子源及其产生方法技术

本发明专利技术涉及一种用于量子高阶干涉光纤陀螺仪的紧凑型预报单光子源，其包括二极管激光器、单模光纤、桨式光纤偏振控制器、第一圆锥型光纤透镜、周期极化非线性晶体波导、温控器、第二圆锥型光纤透镜、保偏单模光纤及保偏光纤偏振分束器。本发明专利技术的用于量子高阶干涉光纤陀螺仪的紧凑型预报单光子源，可以得到高亮度光子对，同时具有更小体积，从二极管激光器产生的泵浦光经第一圆锥型光纤透镜耦合入周期极化非线性晶体波导，由周期极化非线性晶体波导出射后经第二圆锥型光纤透镜耦合入保偏光纤收集参量光光子对，然后熔接光纤偏振分束器，将偏振态相互正交的参量光分开，该预报单光子源具有良好的互易性，同时具有高对称性且尺寸满足装配的优点。足装配的优点。足装配的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤陀螺仪用紧凑型预报单光子源及其产生方法


[0001]本专利技术属于导航定位技术的光纤陀螺仪
，特别是一种量子高阶干涉光纤陀螺仪用紧凑型预报单光子源及其产生方法。

技术介绍

[0002]陀螺仪作为典型的惯性导航设备，在军用及民用领域均有重要应用。随着深远海条件下的高精度、高可靠导航信息需求进一步提高，对惯性导航系统的性能提出了比卫星拒止条件下独立精确导航、智能化导航等更高的要求。陀螺仪作为满足上述应用要求的惯性导航系统的核心原件，其精度直接决定着惯性导航系统的性能。
[0003]提高光纤陀螺灵敏度的传统方案主要靠增加光纤环圈尺寸和光纤长度来提高灵敏度，将带来诸多新缺点，如增加系统复杂程度、引入更大的Shupe误差(指光纤陀螺环圈中存在位置不对称的温度扰动时，两束反向传播光束在不同时间经过这段光纤将产生一个非互易相移。不对称的应力变化也会产生类似的非互易相移。这种由温度扰动引起的Sagnac干涉仪的非互易性被称为Shupe误差)等，灵敏度继续提升遇到瓶颈。
[0004]为此，申请人正在研发的基于量子高阶干涉效应的光纤陀螺，利用预报单光子源对作为光源，将光子对分别耦入由单模保偏光纤绕制成的环圈。当闭合光路以角速度Ω旋转时，两光子分别在光纤中沿顺时针和逆时针传播，当回到出发点时会产生与转速成比例的Sagnac相移。出射后的两光子在分束器上合束，产生聚束效应。当两光子同时到达分束器，相对延时τ＝0，则符合测量曲线上有一“谷”，位置在相对延时τ≠0处；而当闭合光路发生旋转，“谷”的位置会发生平移，并且满足
[0005][0006]其中N为光纤环圈匝数，R为光纤环圈曲率半径，Ω为转速，n为光纤有效折射率，c为真空中光速。由此，该高阶干涉效应的光纤陀螺可以通过曲线在时间维度的平移量来解出转速信息。
[0007]其提出了一种利用量子干涉效应提升陀螺精度的新方案，解决了利用量子干涉效应提升陀螺灵敏度和精度的问题。但是现有的量子光源均为空间光路，其尺寸大，需分层设置，否则无法安装在光纤陀螺的光纤环圈的内环范围内，而且，抗震动性差、产生效率较低，同时其亮度、互易性较差等问题均仍待解决。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于量子高阶干涉光纤陀螺仪的紧凑型预报单光子源，其具有高亮度、具有互易结构、高对称性且尺寸满足装配的优点。
[0009]本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
[0010]一种用于量子高阶干涉光纤陀螺仪的紧凑型预报单光子源，其包括二极管激光器、单模光纤、桨式光纤偏振控制器、第一圆锥型光纤透镜、周期极化非线性晶体波导、温控器、第二圆锥型光纤透镜、保偏单模光纤及保偏光纤偏振分束器；所述二极管激光器发出近紫外入射激光束通过尾纤输出连接至单模光纤；单模光纤以2:4:2或3:6:3绕制方式绕在桨式光纤偏振控制器，单模光纤后端部形成第一圆锥型光纤透镜，通过调节桨式光纤偏振控制器使经过第一圆锥型光纤透镜聚焦、出射的激光束为水平线偏振态激光束，第一圆锥型光纤透镜锥形端部对接至周期极化非线性晶体波导，调节第一圆锥型光纤透镜一端及周期极化非线性晶体波导的端面，使经聚焦后的水平线偏振态激光束耦入周期极化非线性晶体波导形成参量光束，周期极化非线性晶体波导设置于温控器上表面，周期极化非线性晶体波导输出端对接形成于保偏单模光纤端部的第二圆锥型光纤透镜的锥形端部，第二圆锥型光纤透镜收集从周期极化非线性晶体波导发出的参量光束，保偏单模光纤的出射端与保偏光纤偏振分束器相连，保偏光纤偏振分束器分离出相互正交的偏振态参量光，该相互正交的偏振态参量光从两个尾纤端口输出。
[0011]而且，所述周期极化非线性晶体波导采用Ti扩散LiNbO3波导，周期极化非线性晶体波导包括LiNbO3波导基底及Ti扩散部分，其参数设置为：0类共线相位匹配的畴的周期Λ＝2.75mm，当入射激光束的中心波长为405nm时，发生下转换产生参量光束的中心波长为810nm，两参量光束的光子均为水平偏振态。
[0012]而且，所述第一圆锥型光纤透镜的参数设置为：针对泵浦光波长405nm，以SM405光纤制作，曲率半径为9μm，剥纤长度为5mm；所述第二圆锥型光纤透镜参数设置为：针对810nm，以HI780光纤制作，曲率半径为6μm，剥纤长度为5mm。
[0013]而且，所述第一圆锥形光纤透镜、第二圆锥形光纤透镜，其锥形端部为半锥形端部，其半锥形端部与周期极化非线性晶体波导的Ti扩散部分对应。
[0014]一种紧凑型预报单光子源的单光子源产生方法，其发生方法包括如下步骤：
[0015]1)二极管激光器发出中心波长为405nm的近紫外入射激光束，通过其f＝11.0mm的非球面镜耦合到其尾纤后与单模光纤相连；
[0016]2)单模光纤以2:4:2或3:6:3绕制方式绕在桨式光纤偏振控制器上，通过调节桨式光纤偏振控制器使经过第一圆锥型光纤透镜聚焦、出射的激光束为水平线偏振态激光束；
[0017]3)调节第一圆锥型光纤透镜一端相对于周期极化非线性晶体波导端面的左右倾角、上下倾角、焦距、左右平移和上下平移5个维度相对位置，使经聚焦后的激光束耦入所述周期极化非线性晶体波导，使耦合达到最大；用紫外固化胶或其他类似胶固定圆锥光纤透镜和周期极化非线性晶体波导的相对位置；
[0018]4)周期极化非线性晶体波导其具体参数为：采用Ti扩散LiNbO3波导，扩散部分深度≈3μm；当入射激光束的中心波长为405nm时，发生下转换产生参量光束的中心波长为810nm，两参量光束的光子均为水平偏振态；
[0019]5)调节温控器，对周期极化非线性晶体波导进行温控，使所述周期极化非线性晶体波导端面工作温度为42.6℃，达到最高转换效率，实现准相位匹配；
[0020]6)通过所述第二圆锥型光纤透镜仅收集从周期极化非线性晶体波导发出的参量光束，保偏单模光纤耦合的过程等效于进行了空间滤波，只留下基模，即高斯模式，调节第二圆锥型光纤透镜相对周期极化非线性晶体波导的左右倾角、上下倾角、焦距、左右平移和
上下平移5个维度相对位置，使耦合达到最大，然后用紫外固化胶等固定第二圆锥型光纤透镜和周期极化非线性晶体波导的相对位置；
[0021]7)将保偏单模光纤的出射端与保偏光纤偏振分束器相连，该保偏光纤偏振分束器针对参量光束波长，将相互正交的偏振态参量光束分离，从两个尾纤端口输出，形成单光子源。
[0022]本专利技术的优点和有益效果为：
[0023]1、本专利技术的用于量子高阶干涉光纤陀螺仪的紧凑型预报单光子源，产生的单光子对具有高亮度，采用周期极化非线性晶体波导，由于泵浦光被束缚在极小的模场内，因此泵浦光和晶体作用效率将远高于体块周期极化非线性晶体，可以得到高亮度的参量光光子对；
[0024]周期极化非线性晶体波导通过沿相互作用光的传播路径对材料非线性系数进行周期交替制成的，即非线性系数在
‑
d
eff
和+d
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于量子高阶干涉光纤陀螺仪的紧凑型预报单光子源，其特征在于：包括二极管激光器、单模光纤、桨式光纤偏振控制器、第一圆锥型光纤透镜、周期极化非线性晶体波导、温控器、第二圆锥型光纤透镜、保偏单模光纤及保偏光纤偏振分束器；所述二极管激光器发出近紫外入射激光束通过尾纤输出连接至单模光纤；单模光纤以2:4:2或3:6:3绕制方式绕在桨式光纤偏振控制器，单模光纤后端部形成第一圆锥型光纤透镜，通过调节桨式光纤偏振控制器使经过第一圆锥型光纤透镜聚焦、出射的激光束为水平线偏振态激光束，第一圆锥型光纤透镜锥形端部对接至周期极化非线性晶体波导，调节第一圆锥型光纤透镜一端及周期极化非线性晶体波导的端面，使经聚焦后的水平线偏振态激光束耦入周期极化非线性晶体波导形成参量光束，周期极化非线性晶体波导设置于温控器上表面，周期极化非线性晶体波导输出端对接形成于保偏单模光纤端部的第二圆锥型光纤透镜的锥形端部，第二圆锥型光纤透镜收集从周期极化非线性晶体波导发出的参量光束，保偏单模光纤的出射端与保偏光纤偏振分束器相连，保偏光纤偏振分束器分离出相互正交的偏振态参量光，该相互正交的偏振态参量光从两个尾纤端口输出。2.根据权利要求1所述的用于量子高阶干涉光纤陀螺仪的紧凑型预报单光子源，其特征在于：所述周期极化非线性晶体波导采用Ti扩散LiNbO3波导，周期极化非线性晶体波导包括LiNbO3波导基底及Ti扩散部分，其参数设置为：0类共线相位匹配的畴的周期Λ＝2.75mm，当入射激光束的中心波长为405nm时，发生下转换产生参量光束的中心波长为810nm，两参量光束的光子均为水平偏振态。3.根据权利要求1所述的用于量子高阶干涉光纤陀螺仪的紧凑型预报单光子源，其特征在于：所述第一圆锥型光纤透镜的参数设置为：针对泵浦光波长405nm，以SM405光纤制作，曲率半径为9μm，剥纤长度为5mm；所述第二圆锥型光纤透镜参数设置为：针对810nm，以HI780光纤制作，曲率半径为6μm，剥纤长度为5mm。4.根据权利要求1所述的用于量子高阶干涉光纤陀螺...

【专利技术属性】
技术研发人员：王周祥，赵坤，梁鹄，刘伯晗，史英桂，陈勇，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所，
类型：发明
国别省市：