[發(fā)明專利]一種空芯光子晶體光纖陀螺

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810224986.5
• 申請日: 2008-10-29
• 公開（公告）號: CN101387519A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊遠(yuǎn)洪;段瑋倩;楊巍;馬游春
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G02B6/02;G02B6/26
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 賈玉忠;盧 紀(jì)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學(xué)陀螺儀表，特別涉及一種采用空芯光子晶體光纖的諧振型光纖陀螺儀表。

背景技術(shù)

光纖陀螺是一種全固態(tài)、真正靜音的陀螺，具有可靠性高、壽命長、動態(tài)范圍寬、抗沖擊、抗振動、體積小、重量輕、適合大批量生產(chǎn)等特點，且可達(dá)到很高精度。但面向工程應(yīng)用，光纖陀螺還存在溫度敏感、噪聲大、磁敏感以及抗輻射能力差等問題。通過優(yōu)化的結(jié)構(gòu)及熱設(shè)計、更精細(xì)的光纖環(huán)的繞制、更完善的信號檢測方案及有效的屏蔽技術(shù)，可以較好的解決這些問題，但這些技術(shù)和措施也使光纖陀螺更加復(fù)雜且不能取得好的效果。在環(huán)境變化時，特別是存在溫度梯度時，陀螺的性能指標(biāo)一般要降低一個數(shù)量級。為了保證高精度光纖陀螺在實際的環(huán)境中還能保持高精度，一些抑制和屏蔽措施被加入到光纖陀螺及其系統(tǒng)中，這些措施可以在一定程度上解決上述問題，但也帶來了成本高、體積質(zhì)量大、功耗高、啟動時間長、可靠性低等問題。

諧振型光纖陀螺(RFOG)用多圈光纖形成光學(xué)諧振腔，集激光陀螺的多圈傳輸和光纖陀螺的多圈繞制特點于一身，可用較短(幾十米)光纖制作高精度光纖陀螺，同等精度的情況下，其光纖長度可以縮短到干涉型光纖陀螺的1/10～1/100，尺寸可以比激光陀螺更小。盡管有許多人進(jìn)行了長期的研究，但一直沒有取得突破，最好的試驗室研究的精度為0.4°/h。阻礙其向高精度和實用化方向發(fā)展的主要原因有：

(1)由光纖中非線性效應(yīng)引起的Kerr效應(yīng)和潛在的布里淵散射；

(2)由溫度導(dǎo)致的應(yīng)力變化引起的漂移；

(3)隨機(jī)偏振耦合引起的偏振非互易。

在激光陀螺中，光在真空的諧振腔中傳輸，因此上述問題并不重要，在干涉型光纖陀螺中，采用寬譜光源可有效抑制Kerr效應(yīng)和偏振非互易誤差。但在諧振型光纖陀螺中，一直沒有找到合適的方法解決這些問題，其主要原因是諧振腔由實心光纖實現(xiàn)，光纖的后向散射、Kerr效應(yīng)、偏振耦合影響和溫度系數(shù)都過大，而且在采用窄線寬激光光源時，這些問題更加嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種由空芯光子晶體光纖組成諧振環(huán)的諧振型光纖陀螺儀表裝置；本發(fā)明提供的陀螺儀表可以解決目前光纖陀螺精度低，溫度穩(wěn)定性差、磁敏感和噪聲大的問題，同時具備更好的抗輻射能力。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種空芯光子晶體光纖陀螺，包含有可調(diào)窄線寬激光器，集成光學(xué)調(diào)制器，第一探測器，第二探測器第一保偏光纖耦合器，第二保偏光纖耦合器；其特征在于：還包含一個具有透射/反射功能的光耦合模塊和一個由空芯光子晶體光纖圍城的空芯光纖諧振環(huán)，空芯光纖諧振環(huán)兩端分別與光耦合模塊的輸出端c和d相連；可調(diào)窄線寬激光器發(fā)出的激光通過集成光學(xué)調(diào)制器分成兩等份；分別通過第一保偏光纖耦合器和第二保偏光纖耦合器后由光耦合模塊的輸入端a和b進(jìn)入光耦合模塊，再由光耦合模塊的輸出端c和d輸出并注入空芯光纖諧振環(huán)中沿順/逆時針方向傳輸；光耦合模塊具備部分透射/反射功能，在光耦合模塊和空芯光纖諧振環(huán)之間傳輸光形成順/逆時針方向的諧振，同時諧振光小部分透過光耦合模塊，分別通過第一保偏光纖耦合器和第二保偏光纖耦合器返回到第一探測器，第二探測器，根據(jù)兩個探測器上檢測到的信號，可測量順/逆時針方向諧振光的頻率差，通過檢測電路可得到載體的角速度，實現(xiàn)陀螺儀表的功能。

所述的光耦合模塊為一種微光學(xué)組件，由分別連接光耦合模塊的輸入端a和b的第一輸入普通光纖和第二輸入普通光纖、分別連接光耦合模塊的輸出端c和d的第一輸出空芯光子晶體光纖和第二輸出空芯光子晶體光纖、凸球面鏡和支撐結(jié)構(gòu)組成；支撐結(jié)構(gòu)支撐凸球面鏡和與之相連接的四根輸入輸出光纖；輸入光分別經(jīng)過第一輸入普通光纖和第二輸入普通光纖傳輸?shù)酵骨蛎骁R，經(jīng)過凸球面鏡后分別匯聚并耦合進(jìn)到第一輸出空芯光子晶體光纖和第二輸出空芯光子晶體光纖，然后進(jìn)入空芯光纖諧振環(huán)，由第一輸出空芯光子晶體光纖進(jìn)入的光將由第二輸出空芯光子晶體光纖輸出，經(jīng)過凸球面鏡的凹面反射聚焦后再次進(jìn)入第一輸出空芯光子晶體光纖端，形成順時針的多次傳輸光，由第一輸出空芯光子晶體光纖進(jìn)入的光形成順時針的諧振，同理由第二輸出空芯光子晶體光纖進(jìn)入的光也會形成逆時針的諧振。

所述光耦合模塊中的凸球面鏡的一面為曲率半徑較小的凸面、另一面為曲率半徑較大的凹面；在凸球面鏡的凹面鍍有反射率大于96％，透射率小于4％的薄膜，實現(xiàn)光耦合模塊的透射/反射功能。