[發明專利]半導體超輻射二極管光源光電探測管復用的光纖陀螺儀

在審

• 申請號: 201810145548.3
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108332736A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 周柯江;冼拓華;吳巍然;盧成杰
• 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: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種半導體超輻射二極管光源光電探測管復用的光纖陀螺儀，涉及陀螺儀領域。該光纖陀螺儀中，信號處理和控制單元通過控制線與半導體超輻射二極管相連，用于控制半導體超輻射二極管周期性切換成發光狀態和光電探測狀態，并接收半導體超輻射二極管輸出的電信號；半導體超輻射二極管與Y型鈮酸鋰芯片的輸入端之間通過光纖延時線相連；Y型鈮酸鋰芯片的兩個輸出端分別連接光纖傳感環；信號處理和控制單元與Y型鈮酸鋰芯片內部的相位調制器相連，用于在相位調制器上加載偏置和反饋信號。本發明可以減少由傳統光纖陀螺的光源分束器所引起的3/4光能量損失，同時減少二個元件的使用。

技術領域

本發明涉及陀螺儀，尤其涉及一種使用半導體超輻射二極管周期性切換成發光狀態和光電探測狀態的光纖陀螺儀。

背景技術

傳統的光纖陀螺如圖1所示。由恒定發光的寬譜光源6發出的光經光源分束器7一分為二，其中一束輸入Y型鈮酸鋰芯片3后一分為二，Y型鈮酸鋰芯片3的輸出分成上、下二光束，上光束按順時針方向經光纖傳感環4，返回Y型鈮酸鋰芯片3的下輸出端；下光束按反時針方向經光纖傳感環4，返回Y型鈮酸鋰芯片3的上輸出端；上、下二光束由Y型鈮酸鋰芯片3合成形成干涉，經光源分束器7一分為二，其中一束由光電探測器8變為電信號，輸入至信號處理單元9，信號處理單元9產生加在Y型鈮酸鋰芯片內部的相位調制器上的偏置和反饋信號，并同時輸出陀螺儀相對于慣性參考系的轉動信號。這種傳統光纖陀螺的缺點是光束往返光源分束器7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，提供一種將半導體超輻射二極管周期性切換成正向偏置的發光狀態和反向偏置的光電探測狀態的光纖陀螺儀，用半導體超輻射二極管的反向偏置狀態代替了光電探測器的功能，取消了光源耦合器，減少了光能損失。本發明所采用的具體技術方案如下：

半導體超輻射二極管光源光電探測管復用的光纖陀螺儀，包括周期性切換成發光狀態和光電探測狀態的半導體超輻射二極管、光纖延時線、Y型鈮酸鋰芯片、光纖傳感環、信號處理和控制單元；信號處理和控制單元通過控制線與半導體超輻射二極管相連，用于控制半導體超輻射二極管周期性切換成發光狀態和光電探測狀態，并接收半導體超輻射二極管輸出的電信號；半導體超輻射二極管與Y型鈮酸鋰芯片的輸入端之間通過光纖延時線相連；Y型鈮酸鋰芯片的兩個輸出端分別連接光纖傳感環；信號處理和控制單元與Y型鈮酸鋰芯片內部的相位調制器相連，用于在相位調制器上加載偏置和反饋信號。

在上述陀螺儀中，各組件的參數可選擇如下，但并不僅限與此。

所述的光纖延時線的長度是光纖傳感環長度的1/4。所述的半導體超輻射二極管采用使用1310納米波長的半導體超輻射二極管。所述的光纖延時線長度150米，光纖傳感環采用600米光纖。

一種基于上述半導體超輻射二極管光源光電探測管復用的光纖陀螺儀的控制方法，其具體為：信號處理和控制單元的控制線先將半導體超輻射二極管切換成發光狀態，它所發出的光經過光纖延時線，進入Y型鈮酸鋰芯片的輸入端，Y型鈮酸鋰芯片二個輸出端輸出分成上、下二光束，上光束按順時針方向經光纖傳感環，返回Y型鈮酸鋰芯片的下輸出端；下光束按反時針方向經光纖傳感環，返回Y型鈮酸鋰芯片的上輸出端；上、下二光束由Y型鈮酸鋰芯片合成形成干涉，干涉后的光束經光纖延時線返回到半導體超輻射二極管；在干涉后的光束返回半導體超輻射二極管之前由信號處理和控制單元預先將半導體超輻射二極管切換成反向偏置狀態的光電探測狀態，反向偏置的半導體超輻射二極管起到光電探測器的作用，將經光纖延時線返回的光信號變為電信號，輸入至信號處理和控制單元的信號輸入端；信號處理和控制單元產生加在Y型鈮酸鋰芯片內部的相位調制器上的偏置和反饋信號，同時信號處理和控制單元輸出陀螺儀相對于慣性參考系的轉動信號。

半導體超輻射二極管周期性地在發光狀態和光電探測狀態之間切換，可以由信號處理和控制單元的控制線輸出的方波所控制，其周期為光波渡越光纖傳感環的時間。