基于模分复用的光纤陀螺及其精度提升方法技术

本发明专利技术涉及光纤陀螺应用技术领域，提供一种基于模分复用的光纤陀螺及其精度提升方法。该基于模分复用的光纤陀螺，包括光源发生单元，用以输出基模光和高阶模光；第一传感单元包括第一耦合子单元和第一光纤环圈，第一耦合子单元用以接收基模光，并对基模光进行耦合处理；第二传感单元包括第二耦合子单元和第二光纤环圈，第二耦合子单元用以接收高阶模光，并对高阶模光进行耦合处理；第一光纤环圈和第二光纤环圈用以同步测量温度和角速率。本发明专利技术实现抑制温度等噪声因素对陀螺输出的影响，以解决复杂温度环境下光纤陀螺的精度受限问题，满足高精度长航时惯性导航系统应用需求。足高精度长航时惯性导航系统应用需求。足高精度长航时惯性导航系统应用需求。

【技术实现步骤摘要】
基于模分复用的光纤陀螺及其精度提升方法


[0001]本专利技术涉及光纤陀螺应用
，提供一种基于模分复用的光纤陀螺及其精度提升方法。

技术介绍

[0002]光纤陀螺是基于萨格奈克效应制作的一种测量物体惯性运动角速率的光学传感器，因其具备生产工艺简单、稳定性强、使用寿命长、动态范围大、成活率高等诸多优势，越来越多地成为惯性导航系统的核心角速率敏感元件，广泛应用于航天、航空及航海等高精度导航需求场景。
[0003]光纤陀螺的工作原理是在闭合光路中两束同源光分别沿着顺时针方向和逆时针方向传输时，当光路存在转动时两束光会产生与该转动角速率相关的相位差，结合探测器接收到的干涉信号从而解算出转动角速率。高精度、小型化是光纤陀螺的发展趋势，是光纤陀螺技术改进和升级的重要方向，传统的光纤陀螺主要依靠增大光纤环圈的直径和长度来提高光纤陀螺精度，但是光纤环圈尺寸的增加往往会增大噪声水平，尤其是径向温度Shupe效应导致的陀螺漂移更难克服，因此环圈尺寸增加方案并不能有效提升光纤陀螺的精度。
[0004]传统的光纤陀螺是利用基模在环圈内部的萨格奈克干涉，实现对角速率的敏感和解调，其精度容易受到环境参数变化和光路电路噪声的影响，同时，受单路信号解调原理的限制，进一步的噪声处理存在较大的难度，比如光源的相对强度噪声、线路板底噪的处理等。
[0005]为了解决光纤陀螺中的偏振交叉耦合噪声，双偏振光纤陀螺技术将光纤环圈中的两个偏振态进行复用，利用两个偏振态偏振误差等振幅相反的特点对消偏振相关误差，从而大幅提升陀螺稳定性，但是不能实现对其他噪声的有效降低。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种基于模分复用的光纤陀螺，实现消除外界温度变化对光纤陀螺输出的影响，提高光纤陀螺的使用精度。
[0007]本专利技术还提出一种基于模分复用的光纤陀螺的精度提升方法。
[0008]本专利技术第一方面实施例提供一种基于模分复用的光纤陀螺，包括：光源发生单元，所述光源发生单元用以输出基模光和高阶模光；第一传感单元，包括第一耦合子单元和第一光纤环圈，所述第一耦合子单元与所述光源发生单元的第一输出端连接，用以接收基模光，并对基模光进行耦合处理，所述第一光纤环圈与所述第一耦合子单元连接；第二传感单元，包括第二耦合子单元和第二光纤环圈，所述第二耦合子单元与所述光源发生单元的第二输出端连接，用以接收高阶模光，并对高阶模光进行耦合处理，所述第二光纤环圈与所述第二耦合子单元连接；
其中，所述第一光纤环圈和所述第二光纤环圈用以同步测量温度和角速率。
[0009]根据本专利技术第一方面实施例的基于模分复用的光纤陀螺，所述光源发生单元包括宽谱光源和模式选择耦合器，所述宽谱光源的输出端与所述模式选择耦合器的输入端连接，用以向所述模式选择耦合器输出基模光，所述模式选择耦合器用以将部分基模光耦合转化为高阶模光。
[0010]根据本专利技术第一方面实施例的基于模分复用的光纤陀螺，所述模式选择耦合器包括少模光纤和单模光纤，所述单模光纤与所述少模光纤熔融拉锥连接，所述单模光纤的输入端与所述宽谱光源连接，所述单模光纤的输出端与所述第一耦合子单元连接，所述少模光纤的输出端与所述第二耦合子单元连接。
[0011]根据本专利技术第一方面实施例的基于模分复用的光纤陀螺，所述第一耦合子单元包括第一保偏光纤耦合器和第一Y波导，所述第一保偏光纤耦合器的输入端与所述光源发生单元连接，用以耦合基模光，所述第一Y波导的输入端与所述第一保偏光纤耦合器的输出端连接，用以传输和调制基模光，所述第一Y波导与所述第一光纤环圈连接。
[0012]根据本专利技术第一方面实施例的基于模分复用的光纤陀螺，所述第二耦合子单元包括第二保偏光纤耦合器和第二Y波导，所述第二保偏光纤耦合器的输入端与所述光源发生单元连接，用以耦合高阶模光，所述第二Y波导的输入端与所述第二保偏光纤耦合器的输出端连接，用以传输和调制高阶模光，所述第二Y波导与所述第二光纤环圈连接。
[0013]根据本专利技术第一方面实施例的基于模分复用的光纤陀螺，所述第二保偏光纤耦合器包括第一少模光纤和第二少模光纤，所述第一少模光纤和所述第二少模光纤熔融拉锥连接；或，所述第二保偏光纤耦合器包括第一多模光纤和第二多模光纤，所述第一多模光纤与所述第二多模光纤熔融拉锥连接。
[0014]根据本专利技术第一方面实施例的基于模分复用的光纤陀螺，所述第二保偏光纤耦合器的输入端和输出端的耦合比为50:50。
[0015]本专利技术第二方面实施例提供一种基于模分复用的光纤陀螺的精度提升方法，包括如下步骤：S10、基于模分复用原理，调控模式选择耦合器中的少模光纤和单模光纤的熔融度以及直径参数，以调整模式选择耦合器的工作带宽和高阶模式耦合效率；S20、调控第二保偏光纤耦合器中的两根光纤的熔融度，以实现第二保偏光纤耦合器的输入端和输入端的耦合比为50:50；S30、采用少模光纤或多模光纤制备第二光纤环圈；S40、对光纤陀螺进行温度性能测试，建立二维传感矩阵，并消除外界温度变化对光纤陀螺精度的影响。
[0016]根据本专利技术第二方面实施例的基于模分复用的光纤陀螺的精度提升方法，还包括如下步骤：S11、通过模式选择耦合器利用相位匹配方法对部分基模光进行耦合，并输出基模光和高阶模光。
[0017]根据本专利技术第二方面实施例的基于模分复用的光纤陀螺的精度提升方法，所述S40步骤中，建立二维传感矩阵具体包括：
基于模分复用原理，建立基模光和高阶模光的有效折射率和角速率随温度变化的二维矩阵，对二维矩阵解调，获得光纤陀螺零偏稳定性曲线。
[0018]本专利技术实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本专利技术提供的基于模分复用的光纤陀螺，通过光源发生单元耦合输出高阶模光至第二光纤环圈，将基模光输出至第一光纤环圈中，第一光纤环圈和第二光纤环圈同步测量外界温度和转速变化，建立传感解调矩阵，从而抑制温度等噪声因素对陀螺输出的影响，以解决复杂温度环境下光纤陀螺的精度受限问题，满足高精度长航时惯性导航系统应用需求。
[0019]进一步地，本专利技术提供的基于模分复用的光纤陀螺的精度提升方法，通过建立基模光与高阶模光的有效折射率与速率误差随温度变化的二维传感矩阵，对二维矩阵解调，精确地量化温度对光纤陀螺输出的影响，获得光纤陀螺零偏稳定性曲线，从而有力地克服复杂物理环境下环境温度参数变化对光纤陀螺精度的影响，满足光纤陀螺系统应用需求。
[0020]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模分复用的光纤陀螺，其特征在于，包括：光源发生单元，所述光源发生单元用以输出基模光和高阶模光；第一传感单元，包括第一耦合子单元和第一光纤环圈，所述第一耦合子单元与所述光源发生单元的第一输出端连接，用以接收基模光，并对基模光进行耦合处理，所述第一光纤环圈与所述第一耦合子单元连接；第二传感单元，包括第二耦合子单元和第二光纤环圈，所述第二耦合子单元与所述光源发生单元的第二输出端连接，用以接收高阶模光，并对高阶模光进行耦合处理，所述第二光纤环圈与所述第二耦合子单元连接；其中，所述第一光纤环圈和所述第二光纤环圈用以同步测量温度和角速率。2.根据权利要求1所述的基于模分复用的光纤陀螺，其特征在于，所述光源发生单元包括宽谱光源和模式选择耦合器，所述宽谱光源的输出端与所述模式选择耦合器的输入端连接，用以向所述模式选择耦合器输出基模光，所述模式选择耦合器用以将部分基模光耦合转化为高阶模光。3.根据权利要求2所述的基于模分复用的光纤陀螺，其特征在于，所述模式选择耦合器包括少模光纤和单模光纤，所述单模光纤与所述少模光纤熔融拉锥连接，所述单模光纤的输入端与所述宽谱光源连接，所述单模光纤的输出端与所述第一耦合子单元连接，所述少模光纤的输出端与所述第二耦合子单元连接。4.根据权利要求1所述的基于模分复用的光纤陀螺，其特征在于，所述第一耦合子单元包括第一保偏光纤耦合器和第一Y波导，所述第一保偏光纤耦合器的输入端与所述光源发生单元连接，用以耦合基模光，所述第一Y波导的输入端与所述第一保偏光纤耦合器的输出端连接，用以传输和调制基模光，所述第一Y波导与所述第一光纤环圈连接。5.根据权利要求1所述的基于模分复用的光纤陀螺，其特征在于，所述第二耦合子单元包括第二保偏光纤耦合器和第二Y波导，所述第二保偏光纤耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁鹄，赵坤，姚琪，王彬，于杰，
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：