一种双偏振干涉式光纤陀螺制造技术

本发明专利技术公开了一种双偏振干涉式光纤陀螺，属于通信技术领域。本发明专利技术的光纤陀螺包括光源、两路线偏振光产生光路、两个信号检测光路、偏振分／合束器、保偏耦合器、相位调制器、保偏光纤环；光源与两路线偏振光产生光路的输入端通过光纤连接；两路线偏振光产生光路的两输出端分别经一信号检测光路与偏振分／合束器同一侧的两端口光纤连接；偏振分／合束器另一侧端口经保偏耦合器与保偏光纤环连接；且保偏光纤环与保偏耦合器之间通过光纤连接相位调制器。与现有技术相比，本发明专利技术的光纤陀螺通过利用双偏振光进行检测，大大提高了转动角速度的测量精度和稳定度，同时具有结构简单、成本低、体积小、灵敏度高的特点，应用范围广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种双偏振干涉式光纤陀螺，是一种将两种偏振态的光同时用于传感而实 现的高稳定性、高精度的光纤陀螺仪，属于通信

技术介绍
陀螺仪是一种转动传感器，用于测定其所在载体的转动角速度。陀螺仪被广泛的应用 在各种飞行器及武器的制导，工业及军事的多种精密测量等领域。常见的陀螺仪有三种类 型机械陀螺仪，激光陀螺仪，和光纤陀螺仪(Fiber-optic gyrosc叩e， FOG)。后两者皆 为光学陀螺仪。光学陀螺仪有结构紧凑，灵敏度高等特点，但是稳定度不及一些现代机械 陀螺。由于应用的需要，新型的陀螺仪应具有高的灵敏度与稳定度，较低的成本和功耗， 以及体积小等特征。光学陀螺的原理基于萨格纳克效应(Sagnac effect)。在闭合光路中，由同一光源发 出的沿顺时针方向(CW)和逆时针方向(CCW)传输的两束光发生干涉，利用检测相位差 或干涉条纹的变化，就可以测出闭合光路旋转角速度。萨格纳克效应的一种常见表达方式 是顺时针方向(CW)和逆时针方向(CCW)传输的两束光产生了正比于旋转角速度的相位 差，这个相位差被称作萨格纳克相移，表达式如下其中w为光的频率，c为真空中光速，X是光路所围的面积(或者是与角速度矢量方 向垂直的面积投影)，^为转动角速度。方程(1)说明萨格纳克相移与环路形状和旋转中 心位置没有关系，而且与导波介质的折射率也无关。干涉式光纤陀螺是光纤陀螺的一个重要类型。在干涉式光纤陀螺中，常采用较长的光 纤绕制成多匝陀螺线圈。在这种情况下，萨格纳克效应的一个使用较方便的表达式为A—2;r^Q (2) 义c其中丄为光纤的长度，D为光纤线圈直径，义为光波的波长,c为真空中光速,，D为转 动角速度。方程(1)和方程(2)是一致的，只不过是表达形式的差异。光纤陀螺的基础 结构是萨格纳克干涉仪，该结构需要满足分束器互易、单模互易、偏振互易等互易性条件。互易性保证了 cw光和ccw光的传播状态及路径完全一致，起到了 "共模抑制"的作用，以消除多种寄生效应造成的偏差。全光纤形式的光纤陀螺最小互易性结构如图l所示。可见，cw光和ccw光从彼此分开到汇合后产生干涉之间的过程中，两者经历的光路完全相同。两个耦合器的使用是为了保证两束光经过耦合器的累计相移相同，即保证耦合器互异性。 而偏振片保证了两束光传播在同一偏振模式，即偏振互易性。为使光纤陀螺仪工作在灵敏度较高的状态，常在光纤线圈的一端加上相位调制，如图2所示。相位调制器使两束光波在不同时间受到一个完全相同的相位调制0/"，则可以产生 一个时变相位差，如下△ W) = U ") - & (0 = & (0 -《(卜" (3)其中r= e#Z/c表示光通过整个光纤线圈长度的传输时间，"^是光纤的有效折射率。 施加调制后，干涉信号为/D = /。{1 + C0S} (4)在J 0 )形式已知时，通过对上式所表达信号进行合适的解调就可以得到萨格纳克相 移0 从而进一步得到转动角速度i3。采用保偏光纤是保证光纤陀螺结构的互异性一个有效手段，这也是目前实用化光纤陀 螺的主要方案。在传统的保偏光纤陀螺中，只有一种偏振模式的光被用于检测转动速率， 而抑制另一个方向偏振的光以实现互易性，并消除不利干扰。但在工程应用中，保偏光纤 陀螺依然存在成本高，对弯曲敏感，对磁场敏感等问题。因而人们又提出了消偏方案，釆 用消偏器和单模光纤搭建较低成本的光纤陀螺结构。实际中，釆用消偏器的光纤陀螺不如采用保偏光纤陀螺效果好，而其主要优势在于成本较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高精度和高稳定度的双偏振干涉式光纤陀螺仪，其釆用 了一种新的"双偏振结构"光纤传感系统方案。该方案基于萨格纳克效应与材料折射率无 关，即与光信号在保偏光纤中的偏振态无关，而将保偏光纤中存在的相互垂直偏振的两束 光同时用于传感。由于两个偏振方向传播的光有相同的传播路径，他们经历的噪声环境一 致，可以通过对两个信号进行特定的组合及处理将萨格纳克效应从噪声中提取出来，最终 提高传感系统的整体精度和稳定性。本专利技术的技术方案为一种双偏振干涉式光纤陀螺，其特征在于包括光源、两路线偏振光产生光路、两个信 号检测光路、偏振分/合束器、保偏耦合器、相位调制器、保偏光纤环；所述光源与所述两路线偏振光产生光路的输入端通过光纤连接；所述两路线偏振光产生光路的两输出端分别经一所述信号检测光路与所述偏振分/合 束器同一侧的两端口光纤连接；所述偏振分/合束器另一侧端口经所述保偏耦合器与所述保偏光纤环连接；且所述保偏 光纤环与所述保偏耦合器之间通过光纤连接所述相位调制器。所述两路线偏振光产生光路为Y波导多功能集成光路，所述Y波导多功能集成光路的 两输出端分别与一所述信号检测光路通过光纤连接。所述两路线偏振光产生光路包括起偏器、保偏分束器、两个预调制器；所述光源与所 述起偏器通过光纤连接，所述起偏器与所述保偏分束器通过光纤连接，所述保偏分束器另 一侧的两端分别经一所述预调制器与一所述信号检测光路光纤连接。所述信号检测光路包括一环形器和一光电探测器，所述两路线偏振光产生光路的一输 出端经所述环形器与所述偏振分/合束器光纤连接，所述环形器另一端口与所述光电探测 器通过光纤连接，用于接收从所述保偏光纤环返回的光信号；或者所述信号检测光路包括 一耦合器和一光电探测器，所述两路线偏振光产生光路的一输出端经所述耦合器与所述偏 振分/合束器光纤连接，所述耦合器另一端口与所述光电探测器通过光纤连接，用于接收 从所述保偏光纤环返回的光信号。所述保偏光纤环为对称四极方法绕制的光纤环；所述保偏耦合器的另一端口通过光纤 与一光电探测器连接；所述预调制器为调幅调制器或调相调制器；所述预调制的信号为量 子编码信号；所述光源为激光光源或ASE光源；所述相位调制器为压电陶瓷调制器。一种双偏振干涉式光纤陀螺，其特征在于包括光源、两路线偏振光产生光路、两个信 号检测光路、偏振分/合束器、耦合器、相位调制器、单模光纤环；所述光源与所述两路线偏振光产生光路的输入端通过光纤连接；所述两路线偏振光产生光路的两输出端分别经一所述信号检测光路与所述偏振分/合 束器同一侧的两端口通过光纤连接；所述偏振分/合束器另一侧端口经所述耦合器与所述单模光纤环连接；且所述单模光纤 环与所述耦合器之间通过光纤连接所述相位调制器。所述耦合器同一侧的两端分别经一消偏器与所述单模光纤环的两端连接。 所述两路线偏振光产生光路为Y波导多功能集成光路，所述Y波导多功能集成光路的 两输出端分别与一所述信号检测光路通过光纤连接。所述两路线偏振光产生光路包括起偏器、保偏分束器、两个预调制器；所述光源与所 述起偏器通过光纤连接，所述起偏器与所述保偏分束器通过光纤连接，所述保偏分束器另 一侧的两端分别经一所述预调制器与一所述信号检测光路光纤连接。所述信号检测光路包括一环形器和一光电探测器，所述两路线偏振光产生光路的一输 出端经所述环形器与所述偏振分/合束器光纤连接，所述环形器另一端口与所述光电探测 器通过光纤连接，用于接收从所述保偏光纤环返回的光信号；或者所述信号检测光路包括 一耦合器和一光电探测器，所述两路线偏振光产生光路的一输出端经所述耦合器与所述偏 振分/合束器光纤连接，所述耦合器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双偏振干涉式光纤陀螺，其特征在于包括光源、两路线偏振光产生光路、两个信号检测光路、偏振分／合束器、保偏耦合器、相位调制器、保偏光纤环；　所述光源与所述两路线偏振光产生光路的输入端通过光纤连接；　所述两路线偏振光产生光路的两输 出端分别经一所述信号检测光路与所述偏振分／合束器同一侧的两端口光纤连接；　所述偏振分／合束器另一侧端口经所述保偏耦合器与所述保偏光纤环连接；且所述保偏光纤环与所述保偏耦合器之间通过光纤连接所述相位调制器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王子南，王玉杰，李正斌，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]