一种基于四口环形器的双偏振光纤陀螺制造技术

本申请提供一种基于四口环形器的双偏振光纤陀螺，包括：光源、起偏器、耦合器、两个环形器、延时光纤、四口环形器、两个Y波导、信号发生器、两个偏振分束合束器、光纤环、两个光电探测器和信号联合解调模块；光源发出的光经起偏器过滤后输出线偏振光，再经保偏耦合器分为功率均衡的两路，并分别经环形器、延时光纤、Y波导、偏振分束合束器输入光纤环内发生干涉并输出干涉信号，干涉信号分别接入光电探测器，对探测器检测到的两路信号进行噪声补偿和联合解调。本申请的光纤陀螺，利用四口环形器工作方式与延时光纤相结合，在消除残余相干相位误差的同时，保证了两个正交偏振光的相关性，从而同时改善了光纤陀螺的长时零偏和短时游走性能参数。能参数。能参数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于四口环形器的双偏振光纤陀螺


[0001]本申请涉及陀螺仪
，具体涉及一种基于四口环形器的双偏振光纤陀螺。

技术介绍

[0002]干涉式光纤陀螺性能参数主要包括零偏不稳定性和角度随机游走。零偏不稳定性定义为输出角速率与实际旋转角速率的偏差，通常由环境变化和偏振非互易误差引起。角度随机游走描述的是陀螺输出中的短时白噪声大小，主要来源有热噪声、光子散粒噪声、光源相对强度噪声。
[0003]光纤环是干涉式光纤陀螺的核心部件，是旋转信号检测的传感单元，对光纤陀螺的精度具有重大的影响。光纤环通常由单根光纤绕制而成，它的特征是单通道双端口，两个端口同时作为输入和输出端。现有的光纤环大都采用四极对称绕法，这种方法能很好地降低非互易性影响，而且比较容易实现。
[0004]双偏振光纤陀螺使用的也是四极对称绕制的保偏光纤环，两个偏振态分别在光纤快轴和慢轴传输。在双偏振结构中，影响零偏不稳定性的因素主要是偏振非互易误差，其中偏振非互易误差又可分别两种：相干误差和双偏振强度型误差。上述两种误差都是双偏振结构所特有的，当线偏光在光纤环中传输时，不可避免的会产生耦合光，例如从快轴耦合至慢轴，而相干误差就来自于主信号光和耦合光之间的干涉，当在其中一个偏振态中增加光纤延时环并且其长度远远大于光源的自相干长度时，主信号便不会与耦合光发生干涉，相干误差被抑制。双偏振强度型误差来自于耦合光之间的干涉，也会对解算准确的Sagnac相移造成干扰，前人的研究证明了反向调制的方法可以抑制该种噪声。在双偏振结构中，影响角度随机游走的主要噪声来源是光源相对强度噪声，光源相对强度噪声来自于宽谱光源不同频率之间的拍频导致的光功率波动，双偏振光纤陀螺可利用两个正交偏振光中相对强度噪声的强相关性，通过两个正交偏振光信号联合处理的方式加以抑制。
[0005]零偏不稳定性和角度随机游走分别表征光纤陀螺的长时和短时性能。通常情况下，不同的应用场景会对光纤陀螺上述两个性能参数有不同的要求，例如惯性导航更加关注长时漂移，而地震监测更加关注短时噪声，但在一些特殊应用中，高精度的光纤陀螺需要同时保证两个性能参数。在之前的双偏振结构中，消除相干相位误差要求耦合光和信号光的相干性低，而光源相对强度噪声抑制需要两个正交偏振主信号光的保持强相关性，因此在此之前的双偏振光纤陀螺结构中难以同时满足上述两点要求，只能够单一保证零偏性能或者游走性能，无法同时优化零偏和游走，成为双偏振光纤陀螺发展的难点。

技术实现思路

[0006]本申请的目的是提供一种基于四口环形器的双偏振光纤陀螺，以至少解决现有双偏振光纤陀螺的上述缺陷之一。
[0007]本申请实施例提供一种基于四口环形器的双偏振光纤陀螺，包括：
[0008]光源、起偏器、耦合器、两个环形器、延时光纤、四口环形器、两个Y波导、信号发生
器、两个偏振分束合束器、光纤环、两个光电探测器和信号联合解调模块；
[0009]所述光源输出任意偏振状态的光至所述起偏器；
[0010]所述起偏器将所述光源输出的任意偏振状态的光转换成线偏振光；
[0011]所述耦合器将所述起偏器输出的线偏振光平均分成两路光束，并将两路光束分别耦合到第一环形器和第二环形器；
[0012]所述第一环形器将所述耦合器输出的第一路光束通过所述四口环形器输出到第一Y波导；
[0013]所述第二环形器将所述耦合器输出的第二路光束通过所述延时光纤及所述四口环形器输出到第二Y波导；
[0014]所述信号发生器向两个所述Y波导提供调制信号；
[0015]每个所述Y波导将所述环形器输出的光束进行起偏、耦合、调制后经两个偏振分束合束器输出到所述光纤环相应端口，两个Y波导输出的光束在所述光纤环内分别独立正交传输，得到两个偏振态的光学信号，记为第一偏振信号和第二偏振信号；
[0016]所述第一Y波导将所述第一光学信号经所述四口环形器及所述延时光纤输出到所述第二环形器；
[0017]所述第二Y波导将所述第二光学信号经所述四口环形器输出到所述第一环形器；
[0018]两个所述环形器将两路所述Y波导回传的光学信号分别输出到两个所述光电探测器上；
[0019]两个所述光电探测器分别将两个所述环形器输出的光学信号转换为电信号，并输出至所述信号联合解调模块；
[0020]所述信号联合解调模块对两个所述光电探测器输出的两路电信号进行噪声补偿和联合解调。
[0021]一种可能的实现方式中，所述信号发生器给两个所述Y波导提供的调制信号幅值相等，相位相反。
[0022]一种可能的实现方式中，所述环形器采用单模环形器。
[0023]一种可能的实现方式中，所述环形器采用保偏环形器。
[0024]一种可能的实现方式中，两个所述Y波导性能相近且具有高消光比。
[0025]一种可能的实现方式中，所述延时光纤采用保偏光纤。
[0026]一种可能的实现方式中，所述信号联合解调模块采用相对强度噪声抑制方法以及开环光纤陀螺多谐波解调方法。
[0027]一种可能的实现方式中，所述光源采用激光光源或ASE光源。
[0028]本申请与现有技术相比的优点在于：
[0029]利用四口环形器特有的工作方式与特定长度的延时光纤相结合，让一路光信号进入光纤环前先经过延时光纤，另一路光信号不通过延时光纤，这样两路信号光之间的相关性大大降低，从而在光纤环中产生的耦合光与主信号光之间的相关性大大降低，便可以消除相干误差，而当两路信号光分别经过光纤环和Y波导回到四端口环形器时，原先经过一次延时光纤的并不会在此经过延时光纤，而之前未经过延时光纤的会通过一次延时光纤，这样就能够保证两个主信号光之前的光程近似相等，保证了两个正交偏振光的相关性，而在光纤环中发生的耦合光，其分为两种情况：一种是从未经过延时光纤，一种是经过两次延时
光纤。因此耦合光与信号光始终存在一个延时光纤长度的光程差，就可以避免耦合光与主信号光之间的干涉。而耦合光之间的干涉因为反向调制的存在会被抑制，并不会对主信号光的解调造成干扰。因此使用本专利技术提出的四口环形器的双偏振光纤陀螺，同时改善光纤陀螺的长时零偏不稳定性和短时随机游走性能。
附图说明
[0030]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0031]图1示出了现有的一种双偏振光纤陀螺的示意图；
[0032]图2示出了本申请提供的一种基于四口环形器的双偏振光纤陀螺的示意图；
[0033]图3示出了典型的开环光纤陀螺解调模块的流程示意图；
[0034]图4示出了本申请提供的改进的开环光纤陀螺联合解调模块的流程示意图；
[0035]图5示出了采用双光源的双偏振干涉式光纤陀螺结构的示意图；
[0036]图6示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于四口环形器的双偏振光纤陀螺，其特征在于，包括：光源、起偏器、耦合器、两个环形器、延时光纤、四口环形器、两个Y波导、信号发生器、两个偏振分束合束器、光纤环、两个光电探测器和信号联合解调模块；所述光源输出任意偏振状态的光至所述起偏器；所述起偏器将所述光源输出的任意偏振状态的光转换成线偏振光；所述耦合器将所述起偏器输出的线偏振光平均分成两路光束，并将两路光束分别耦合到第一环形器和第二环形器；所述第一环形器将所述耦合器输出的第一路光束通过所述四口环形器输出到第一Y波导；所述第二环形器将所述耦合器输出的第二路光束通过所述延时光纤及所述四口环形器输出到第二Y波导；所述信号发生器向两个所述Y波导提供调制信号；每个所述Y波导将所述环形器输出的光束进行起偏、耦合、调制后经两个偏振分束合束器输出到所述光纤环相应端口，两个Y波导输出的光束在所述光纤环内分别独立正交传输，得到两个偏振态的光学信号，记为第一光学信号和第二光学信号；所述第一Y波导将所述第一光学信号经所述四口环形器及所述延时光纤输出到所述第二环形器；所述第二Y波导将所述第二光学信号经所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丁凡，方赟，蒋晓东，黄鹤，
申请(专利权)人：杭州友孚科技有限公司，
类型：发明
国别省市：