[發明專利]使用單偏振輸出保偏環路器的光纖陀螺儀

在審

• 申請號: 201410845570.0
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104567851A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 周柯江;張敏杰;周芝福;李曉煒;胥曉春;張瑜
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及陀螺儀，尤其涉及一種使用單偏振輸出保偏環路器的光纖陀螺儀。

背景技術

傳統的光纖陀螺如圖1所示。由寬譜光源1發出的光經光源保偏分束器8一分為二，其中一束輸入保偏起偏器9，再經過傳感環保偏分束器3一分為二，上光束按順時針方向經保偏光纖傳感環4、相位調制器5，返回保偏分束器3；下光束按反時針方向經相位調制器5、保偏光纖傳感環4后返回保偏分束器3；這二束順時針光和反時針光由保偏分束器3合成形成干涉，經保偏起偏器9、光源保偏分束器8一分為二，其中一束由光電探測器6變為電信號，經過信號處理單元7，信號處理單元7產生加在相位調制器5上的信號，并同時輸出陀螺儀相對于慣性參考系的轉動信號。這種陀螺的缺點是光束往返光源保偏分束器8時，光能量損失6dB，即損失了3/4的光能量。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種使用單偏振輸出保偏環路器的光纖陀螺儀，并用該保偏環路器代替光源保偏分束器和保偏起偏器的功能。

一種使用單偏振輸出保偏環路器的光纖陀螺儀包括寬譜光源、光源保偏環路器、傳感環保偏分束器、保偏光纖傳感環、相位調制器、光電探測器、信號處理單元；由寬譜光源發出的光進入光源保偏環路器的2-1端，從光源保偏環路器的2-2端輸出一個單偏振模再經過傳感環保偏分束器分成上、下二光束，上光束按順時針方向經保偏光纖傳感環、相位調制器，返回保偏分束器；下光束按反時針方向經相位調制器、保偏光纖傳感環，返回保偏分束器；上、下二光束由保偏分束器合成形成干涉，干涉后的光束經保偏環路器的2-2端輸入、并從保偏環路器的2-3端輸出，由光電探測器將光信號變為電信號，經過信號處理單元，信號處理單元產生加在相位調制器上的信號，并同時輸出陀螺儀相對于慣性參考系的轉動信號。

所述的光源保偏環路器采用單偏振輸出保偏環路器。所述的寬譜光源采用高偏振度半導體超輻射二極管。

本發明是在光纖陀螺儀中采用了單偏振輸出保偏環路器，取代了傳統陀螺的光源保偏分束器和保偏起偏器二個元件。使用環路器，可以減少由光源保偏分束器引起的6dB光能量損失，可提高陀螺的信噪比，或者保持原信噪比不變條件下減少光能量損耗；單偏振輸出保偏環路器的特征是只能傳送一個偏振模，阻止另一個偏振模，同時起到了保偏起偏器作用。本發明的目的是減少光能量損失、同時減少元件的光纖陀螺儀。

附圖說明

圖1是傳統的光纖陀螺結構示意圖；

圖2是使用單偏振輸出保偏環路器的光纖陀螺儀結構示意圖。

具體實施方式

如圖2所示，一種使用單偏振輸出保偏環路器的光纖陀螺儀包括寬譜光源1、光源保偏環路器2、傳感環保偏分束器3、保偏光纖傳感環4、相位調制器5、光電探測器6、信號處理單元7；由寬譜光源1發出的光進入光源保偏環路器2的2-1端，從光源保偏環路器2的2-2端輸出。此保偏環路器只能傳送一個偏振模，阻止另一個偏振模。保偏環路器傳送的一個偏振模再經過傳感環保偏分束器3分成上、下二光束，上光束按順時針方向經保偏光纖傳感環4、相位調制器5，返回保偏分束器3；下光束按反時針方向經相位調制器5、保偏光纖傳感環4，返回保偏分束器3；上、下二光束由保偏分束器3合成形成干涉，干涉后的光束經保偏環路器2的2-2端輸入、并從保偏環路器2的2-3端輸出，由光電探測器6將光信號變為電信號，經過信號處理單元7，信號處理單元7產生加在相位調制器5上的信號，并同時輸出陀螺儀相對于慣性參考系的轉動信號。

所述的光源保偏環路器2采用單偏振輸出保偏環路器。所述的寬譜光源1采用高偏振度半導體超輻射二極管。

實施案例：寬譜光源1采用使用1310納米高偏振度半導體超輻射二極管，單偏振輸出保偏環路器的特征是只能傳送一個偏振模，阻止另一個偏振模，消光比為30dB，傳感環保偏分束器采用1:1分束比，保偏光纖傳感環采用500米光纖，外徑98毫米，相位調制器用數米光纖繞在本征頻率為29.5kHz的壓電陶瓷環上，光電探測器使用PIN-FET組件，信號處理單元使用鎖相放大器。入射到光電探測器的光功率為10微瓦，實驗陀螺的長期零漂為0.2°/小時。

而作為比較，使用同一光源、同一光纖傳感環、相位調制器、傳感環保偏分束器、光電探測器，以及30dB消光比的保偏起偏器和光源保偏分束器的傳統陀螺，光電探測器的接收光功率是4微瓦，傳統陀螺的長期零漂為0.5°/小時。