[發明專利]一種無熔點的干涉式全光子帶隙光纖陀螺儀

在審

• 申請號: 201410472002.0
• 申請日: 2014-09-16
• 公開（公告）號: CN104197924A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 宋凝芳;徐小斌;張祖琛;金靖;宋鏡明;張春熹
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文穎

技術領域

本發明涉及一種無熔點的干涉式全光子帶隙光纖陀螺儀，屬于光纖陀螺技術領域。

背景技術

光纖陀螺作為發展極為迅速的一種新型慣性角速度傳感器，以其特有的技術和性能優勢，如全固態結構、可靠性高、壽命長；啟動速度快，響應時間短；測量范圍大，動態范圍寬；抗沖擊、振動，耐化學腐蝕；體積小、重量輕、成本低；適合大批量生產等，已經廣泛用于各領域。

光纖是光纖陀螺中最主要的傳輸介質。現有光纖陀螺中通常采用的普通的熊貓型保偏光纖，其導波特性對外界溫度、電磁等物理場較敏感，因而導致光纖陀螺環境適應性較差。目前針對這一問題主要采取被動防護的措施來解決，如添加防護罩等。這些措施雖然能夠在一定程度上提高光纖陀螺的環境適應性，但同時也帶來了一些副作用，如體積、重量、功耗和成本的增加。

光子帶隙光纖是一種基于光子帶隙效應的新型光纖，通過在SiO₂和空氣孔周期性排列構成的光子晶體中擴大中心的空氣孔制造缺陷來可控制光波在中心空氣孔(纖芯)中傳播，是一種基于低折射率材料(空氣)在高折射率背景材料(SiO₂)中的二維周期性排列而形成的微結構光纖。這種原理與結構上的獨特性使得光子帶隙光纖具有眾多不同于傳統光纖的特性，如對溫度、電磁場、空間輻射等環境因素的敏感度低，對彎曲不敏感，具備無限單模傳輸能力等。因此，光子帶隙光纖是解決光纖陀螺環境適應性問題的理想選擇，是光纖陀螺的未來發展趨勢。

光纖陀螺的基本結構包括光源、耦合器、Y波導、光纖環和探測器共五大光學器件，它們之間通過光纖熔接的方式進行連接。光纖熔接可借助成熟的商業熔接機完成，操作簡單快捷，是目前通用的光纖陀螺生產工藝。現有的光子帶隙光纖陀螺中僅有光纖環是由光子帶隙光纖繞制而成，其余器件與傳統陀螺無異，因此光子帶隙光纖環與Y波導輸出端尾纖的連接也采用了光纖熔接的方式，陀螺光路的構成方式與傳統陀螺一致。

然而，受到光子帶隙光纖特殊空氣孔結構的影響，采用現有熔接工藝獲得的熔點損耗大，強度低，可靠性差，不能滿足陀螺在某些場合下的應用需求；同時，在僅僅選用光子帶隙光纖環而其他器件尾纖依然是傳統光纖的情況下，非光子帶隙光纖的部分依然會受到環境擾動的影響而引入誤差，削弱了光子帶隙光纖的優勢，從而限制了光子帶隙光纖陀螺的工程化應用。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，提出一種無熔點的干涉式全光子帶隙光纖陀螺儀，基于光子帶隙光纖耦合技術。

一種無熔點的干涉式全光子帶隙光纖陀螺儀，包括光源、耦合器、Y波導、光子帶隙光纖環和探測器；

光源、探測器和Y波導的輸入端尾纖通過半透半反膜直接耦合，耦合處形成耦合器，Y波導的兩個輸出端與光子帶隙光纖環的兩端直接耦合。

本發明的優點在于：

(1)實現了全光子帶隙光纖陀螺，提高了光纖陀螺的環境適應性；

(2)光路中沒有熔點，避免了熔點引入的損耗和端面反射。

附圖說明

圖1是全光子帶隙光纖陀螺結構框圖；

圖2是光子帶隙光纖的橫截面示意圖。

圖中：

1-光源?????????????????2-耦合器??????????3-Y波導

4-光子帶隙光纖環???????5-探測器

具體實施方式

下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。

本發明是一種無熔點的干涉式全光子帶隙光纖陀螺儀，基于光子帶隙光纖耦合技術，如圖1所示，包括光源1、耦合器2、Y波導3、光子帶隙光纖環4和探測器5；

光源1、探測器5和Y波導3的輸入端尾纖通過半透半反膜直接耦合，耦合處形成耦合器2，耦合器2實現分光功能，Y波導3的兩個輸出端與光子帶隙光纖環4的兩端直接耦合，其中Y波導3的輸出端與光子帶隙光纖環4的端面為斜角切割(5～10°)，斜面角度相互匹配。光源1、Y波導3和探測器5的尾纖均選用同一種光子帶隙光纖以保證耦合質量(如模場匹配等)，光子帶隙光纖的橫截面如圖2所示，本發明各部分間通過光子帶隙光纖耦合技術進行連接，形成無熔點的全光子帶隙光纖陀螺，避免了熔點引入的損耗和端面反射，提高了光子帶隙光纖陀螺的性能表現。

光源1的輸出光經耦合器2后進入Y波導3起偏，Y波導3的兩個輸出端處的光波分別沿光子帶隙光纖環4的順時針和逆時針方向相向傳播，繞行一周后回到Y波導3，經耦合器2后進入探測器5，得到陀螺的輸出信號。通過光子帶隙光纖的直接耦合技術實現光學元器件間的連接，避免了熔點處可能引入的損耗和端面反射，在保證精度的同時實現了全光子帶隙光纖陀螺。