[發(fā)明專利]基于外加光束干涉的諧振式光纖陀螺相干解調(diào)系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810118982.2
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108332735B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金仲和;李漢釗;馬慧蓮
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高;鄭海峰

本發(fā)明公開了一種基于外加光束干涉的諧振式光纖陀螺相干解調(diào)系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)包括激光器、第一保偏耦合器、Y分支相位調(diào)制器、相位調(diào)制器、光纖諧振腔、第二保偏耦合器、第三保偏耦合器、第一光電探測器、第一帶通濾波器、本地載波產(chǎn)生模塊、第一本地載波相移模塊、第一90°相移模塊、第一乘法器、第二乘法器、第一低通濾波器、第二低通濾波器、第三乘法器、第三低通濾波器、第一數(shù)字鎖相放大器、PI伺服回路、第四保偏耦合器、第二光電探測器、第二帶通濾波器、第二本地載波相移模塊、第二90°相移模塊、第四乘法器、第五乘法器、第四低通濾波器、第五低通濾波器、第六乘法器、第六低通濾波器和第二數(shù)字鎖相放大器。本發(fā)明通過本地恢復(fù)出高信噪比載波，提高解調(diào)信號的信噪比，減小激光器頻率噪聲的影響，具有重要的科學(xué)意義與應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種通過外加相干光干涉鎖定光學(xué)無源諧振腔諧振腔的諧振式光纖陀螺解調(diào)系統(tǒng)和方法，以抑制諧振式光纖陀螺中的激光器頻率噪聲。

背景技術(shù)

諧振式光纖陀螺是基于Sagnac效應(yīng)的慣性角速度傳感器，利用轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的Sagnac相移引起的諧振腔順時針方向與逆時針方向諧振頻率頻差來測量轉(zhuǎn)動角速度。相比干涉式光纖陀螺，諧振式光纖陀螺利用激光在諧振腔內(nèi)多次傳輸，放大Sagnac效應(yīng)，實現(xiàn)使用更短的光纖達到與干涉式光纖陀螺相同的極限靈敏度。具有高精度、高溫度穩(wěn)定性、低成本的特點。

由于Sagnac效應(yīng)本身產(chǎn)生的頻差極小，轉(zhuǎn)動信號通常都湮沒在背向散射噪聲、偏振波動噪聲、光學(xué)Kerr噪聲等各種非互易性噪聲中，通過直接測量頻差得到轉(zhuǎn)動信號非常困難，因此在諧振式光纖陀螺中微弱信號檢測技術(shù)是陀螺信號提取的關(guān)鍵。較為普遍的檢測手段是采用正弦波或者三角波對進入諧振腔前的光信號進行調(diào)制，利用鎖相放大器對探測到的光信號進行解調(diào)，得到陀螺的轉(zhuǎn)動信號。

激光器是諧振式光纖陀螺的核心部件之一，其作用是為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的窄線寬光源。但是，所有的激光器發(fā)出的都不是理想單一頻率激光，均存在相位抖動產(chǎn)生的頻率噪聲，表現(xiàn)為頻譜上的展寬。在對激光進行調(diào)制時，激光被調(diào)制到以激光頻率為中心，按照調(diào)制頻率整數(shù)倍展開的各階諧波頻率處，同時，激光的頻率噪聲也被調(diào)制到了這些頻率處。根據(jù)現(xiàn)有理論，當光電探測器的探測光信號時，各階頻率分量的相互混頻使得處于調(diào)制頻率偶數(shù)倍頻的激光器頻率噪聲會疊加采集到的信號中，最終造成陀螺轉(zhuǎn)動信號的波動。目前來看，激光器頻率噪聲已經(jīng)成為限制諧振式光纖陀螺短期精度的主要噪聲之一。

為了抑制激光器頻率噪聲的影響，多種抑制方案被提出。概括而言，主要分為兩類，一是采用具有較低頻率噪聲的激光器作為光源，例如光纖激光器，來減少頻率噪聲的影響；二是通過PDH(Pound-Drever-Hall)激光器鎖頻技術(shù)，調(diào)整鎖定頻率與鎖定參數(shù)，獲得更高的激光器頻率噪聲抑制帶寬與抑制比，從而減少激光器頻率噪聲的影響。

從系統(tǒng)小型化的角度來看，具有更小體積的半導(dǎo)體激光器更適合作為諧振式光纖陀螺的系統(tǒng)光源，但半導(dǎo)體激光器本身相較光纖激光器有著更大的頻率噪聲，而PDH激光器鎖頻技術(shù)受限于噪聲抑制帶寬，只對低頻處的頻率噪聲有較好的抑制效果，對高頻處的白噪聲沒有抑制效果。因此，現(xiàn)有的抑制激光器頻率噪聲方案，無法完全抑制小型化諧振式光纖陀螺內(nèi)的激光器頻率噪聲。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于外加光束干涉的諧振式光纖陀螺相干解調(diào)系統(tǒng)和方法。

本發(fā)明的基于外加光束干涉的諧振式光纖陀螺相干解調(diào)系統(tǒng)包括激光器，第一保偏耦合器，Y分支相位調(diào)制器，相位調(diào)制器，光纖諧振腔，第二保偏耦合器，第三保偏耦合器，第一光電探測器，第一帶通濾波器，本地載波產(chǎn)生模塊，第一本地載波相移模塊，第一90°相移模塊，第一乘法器，第二乘法器，第一低通濾波器，第二低通濾波器，第三乘法器，第三低通濾波器，第一數(shù)字鎖相放大器，PI伺服回路，第四保偏耦合器，第二光電探測器，第二帶通濾波器，第二本地載波相移模塊，第二90°相移模塊，第四乘法器，第五乘法器，第四低通濾波器，第五低通濾波器，第六乘法器，第六低通濾波器，第二數(shù)字鎖相放大器，