一种基于双光路的光纤Verdet常数测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双光路的光纤Verdet常数测量系统，包括光源、起偏器、光环形器、螺线管、法拉第旋转反射镜、偏振分束器（PBS）、光电探测器（PD）、信号处理部分、恒流电源、计算机；本发明专利技术能够实现光纤费尔德（Verdet）常数的精确测量，可以减少光纤自身的线性双折射对测量的影响；此系统为光纤的磁敏感性研究提供了平台；同时为光纤陀螺光纤的磁敏感性方面性能选择提供了测量平台，避免了光纤陀螺用光纤的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于双光路的光纤Verdet (维尔德常数)常数测量系统，属于光纤陀螺

技术介绍
光纤陀螺是一种基于Sagnac (萨格纳克效应)效应的角速度传感器,光纤陀螺通常在应用中是被暴露在地磁场中，由于磁光效应的存在，地磁场会引起敏感环中相反两束传播光的相位漂移。光纤环的光纤长度很长(几百到几千米)，磁光效应带来的非互易相位差累计不可忽略。特别是在惯性导航领域的高精度陀螺中是个很大的影响。光纤环是光纤陀螺的核心，光纤磁敏感性是由光纤Verdet常数表征的，测量光纤的Verdet常数的意义在于一方面在光纤绕环前可以通过此系统验证所用光纤是否合格，排除光纤本身的质量问题；另一方面为新型光纤陀螺的新型光纤的磁敏感性分析提供了测试平台。目前的光纤Verdet常数测量系统分为单光路测量与双光路测量方法，双光路测量法的优点为光能利用率高、抗干扰性能强、能够消除光源光强涨落对输出信号的影响。系统中采用法拉第旋转反射镜可以减少线性双折射，信号处理部分大多采用模拟信号处理，为了整体提高测量的精度，本专利中采用模拟+数字的处理方法。FPGA的运用可以提高处理的速度与精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述问题，提出了一种基于双光路的光纤Verdet常数测量系统，能够实现光纤Verdet常数的精确测量。—种基于双光路的光纤Verdet常数测量系统,为全光纤结构,包括光源、起偏器、保偏光纤耦合器、螺线管、被测光纤、恒流电源、法拉第旋转反射镜、偏振分束器、第一探测器、第二探测器、信号处理部分和计算机；光源、起偏器、保偏光纤耦合器的第一端口之间依次通过光纤连接，光源发出光，起偏器将光变为线偏振光，线偏振光进入保偏光纤稱合器的第一端口，保偏光纤稱合器的第二端口通过保偏尾纤与被测光纤一端熔接，保偏光纤耦合器的第三端口通过光纤连接偏振分束器；线偏振光由保偏光纤耦合器第二端口输出至被测光纤，被测光纤穿过螺线管的铁芯内部，一端与保偏光纤耦合器第二端口的保偏尾纤熔接，另一端与法拉第旋转反射镜的尾纤熔接；信号处理部分的FPGA模块中螺线管驱动模块提供驱动信号，驱动恒流电源为螺线管提供电源，螺线管内通入电流，在被测光纤处产生磁场；线偏振光在被测光纤中传输，线偏振光在磁场的作用下发生圆双折射，偏振角发生旋转，线偏振光通过被测光纤后，在法拉第旋转反射镜的作用下再次经过螺线管，线偏振光再次发生同方向的旋转，旋转角加倍；旋转角加倍的线偏振光输入保偏光纤稱合器的第二端口，通过保偏光纤稱合器的第三端口进入偏振分束器，偏振分束器将线偏振光分为偏振正交的两束光，分别输出至第一探测器、第二探测器；信号处理部分包括前置放大器、滤波器、交直流隔离电路、A/D转换器、FPGA模块；第一探测器通过光纤连接偏振分束器，探测到第一束光，设磁场未加之前的第一探测器探测到的光功率为J1 ;第一探测器的增益为G，开启磁场后第一探测器接收到第一束光的电压具体为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双光路的光纤Verdet常数测量系统，为全光纤结构，包括光源、起偏器、保偏光纤耦合器、螺线管、被测光纤、恒流电源、法拉第旋转反射镜、偏振分束器、第一探测器、第二探测器、信号处理部分和计算机；光源、起偏器、保偏光纤耦合器的第一端口之间依次通过光纤连接，光源发出光，起偏器将光变为线偏振光，线偏振光进入保偏光纤耦合器的第一端口，保偏光纤耦合器的第二端口通过保偏尾纤与被测光纤一端熔接，保偏光纤耦合器的第三端口通过光纤连接偏振分束器；线偏振光由保偏光纤耦合器第二端口输出至被测光纤，被测光纤穿过螺线管的铁芯内部，一端与保偏光纤耦合器第二端口的保偏尾纤熔接，另一端与法拉第旋转反射镜的尾纤熔接；信号处理部分的FPGA模块中螺线管驱动模块提供驱动信号，驱动恒流电源为螺线管提供电源，螺线管内通入电流，在被测光纤处产生磁场；线偏振光在被测光纤中传输，线偏振光在磁场的作用下发生圆双折射，偏振角发生旋转，线偏振光通过被测光纤后，在法拉第旋转反射镜的作用下再次经过螺线管，线偏振光再次发生同方向的旋转，旋转角加倍；旋转角加倍的线偏振光输入保偏光纤耦合器的第二端口，通过保偏光纤耦合器的第三端口进入偏振分束器，偏振分束器将线偏振光分为偏振正交的两束光，分别输出至第一探测器、第二探测器；信号处理部分包括前置放大器、滤波器、交直流隔离电路、A/D转换器、FPGA模块；第一探测器通过光纤连接偏振分束器，探测到第一束光，设磁场未加之前的第一探测器探测到的光功率为J1；第一探测器的增益为G，开启磁场后第一探测器接收到第一束光的电压具体为：U1＝GJ1cos2(2θ+45°)+n1(t)其中，n1(t)表示第一束光路的噪声，θ为单次线偏振光的旋转角，将第一束光的电压变形为：U1=GJ12-GJ12sin(2×2θ)+n1(t)第一束光的电压模拟信号依次经过前置放大器、滤波器，两者分别对模拟电压信号进行放大和滤波，然后输出至交直流隔离电路，交直流隔离电路分离交流信号和直流信号，进而得到直流信号AD1，交流信号DC1，各自电压表示为：UAD1=-GJ12sin(2×2θ)+Gn1(t)UDC1=GJ12其中：表示第一束光直流信号电压，表示第一束光交流信号电压；然后两个电压分别输入至A/D转换器，A/D转换器将模拟电压信号转换为数字电压信号，输出至FPGA模块中的除法器模块；第二探测器通过光纤连接偏振分束器，探测到第二束光，设磁场未加之前的第二探测器探测到的光功率为J2；第二探测器的增益为G，开启磁场后第二探测器接收到第二束光的电压具体为：U2＝GJ2sin2(2θ+45°)+n2(t)其中：n2(t)表示第二束光路的噪声，θ为单次线偏振光的旋转角，将第二束光的电压变形为：U2=GJ22+GJ22sin(2×2θ)+n2(t)第二束光的电压模拟信号依次经过前置放大器、滤波器，两者分别对模拟电压信号进行放大和滤波，然后输出至交直流隔离电路，交直流隔离电路分离交流信号和直流信号，进而得到直流信号AD2，交流信号DC2，各自电压表示为：UAD2=GJ22sin(2×2θ)+Gn2(t)UDC2=GJ22其中：表示第二束光直流信号电压，表示第二束光交流信号电压；然后两个电压分别输入至A/D转换器，A/D转换器将模拟电压信号转换为数字电压信号，输出至FPGA模块中的除法器模块；FPGA模块包括除法器模块、减法器模块、螺线管驱动模块；除法器模块分别对进行处理，得到A1、A2输出至减法器模块，减法器模块得到最终输出的数字电压信号为：Uout=A1-A2=UAD1UDC1-UAD2UDC2=-2sin(2×2θ)+2[J2n2(t)-J1n2(t)]J1J2假设两路光功率相等：J1＝J2；两路噪声相等：n1(t)≈n2(t)＝n(t)，n(t)为两路噪声相等情况下的每路噪声；上式变形为：Uout≈?2sin(2×2θ)≈?8θ减法器模块将Uout输出至计算机，计算机得到θ值，根据V＝θ/BL，将线偏振光在磁场作用下的旋转角θ、被测光纤长度L、电磁感应强度B代入，得到光纤的Verdet常数V；螺线管驱动模块为恒流电源提供驱动信号，控制恒流电源为螺线管提供电源，使螺线管产生磁场。FDA00002690212200023.jpg,FDA00002690212200024.jpg,FDA00002690212200028.jpg,FDA00002690212200029.jpg,FDA000026902122000210.jpg,FDA000026902122000211.jpg,FDA000026902122000212.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种基于双光路的光纤Verdet常数测量系统，为全光纤结构，包括光源、起偏器、保偏光纤耦合器、螺线管、被测光纤、恒流电源、法拉第旋转反射镜、偏振分束器、第一探测器、第二探测器、信号处理部分和计算机； 光源、起偏器、保偏光纤稱合器的第一端口之间依次通过光纤连接，光源发出光，起偏器将光变为线偏振光，线偏振光进入保偏光纤稱合器的第一端口，保偏光纤稱合器的第二端口通过保偏尾纤与被测光纤一端熔接，保偏光纤耦合器的第三端口通过光纤连接偏振分束器；线偏振光由保偏光纤耦合器第二端口输出至被测光纤，被测光纤穿过螺线管的铁芯内部，一端与保偏光纤耦合器第二端口的保偏尾纤熔接，另一端与法拉第旋转反射镜的尾纤熔接；信号处理部分的FPGA模块中螺线管驱动模块提供驱动信号，驱动恒流电源为螺线管提供电源，螺线管内通入电流，在被测光纤处产生磁场；线偏振光在被测光纤中传输，线偏振光在磁场的作用下发生圆双折射，偏振角发生旋转，线偏振光通过被测光纤后，在法拉第旋转反射镜的作用下再次经过螺线管，线偏振光再次发生同方向的旋转，旋转角加倍；旋转角加倍的线偏振光输入保偏光纤耦合器的第二端口，通过保偏光纤耦合器的第三端口进入偏振分束器，偏振分束器将线偏振光分为偏振正交的两束光，分别输出至第一探测器、第二探测器； 信号处理部分包括前置放大器、滤波器、交直流隔离电路、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦，姜漫，宋镜明，宋凝芳，金靖，李帅，孙彦凤，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：