[發明專利]一種雙偏振光纖陀螺中的偏振非互易誤差消除方法及雙偏振光纖陀螺

有效

• 申請號: 201810162007.1
• 申請日: 2018-02-27
• 公開（公告）號: CN108534798B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 鄧圣;李玉林;羅榮亞;何動;賁放;陳方源;伍洋君;劉孝男;操玉文;彭超;李正斌
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 司立彬

本發明公開一種雙偏振光纖陀螺中的偏振非互易誤差消除方法及雙偏振光纖陀螺。本方法為：將光源分別經一環形器輸入兩個Y波導，每一所述Y波導的兩輸出端分別將Y波導調制后的信號輸入兩偏振分束合束器的一偏振分束端；兩所述偏振分束合束器的偏振合束端通過保偏光纖環連接；每一所述環形器分別與一光電探測器連接，用于采集通過所述Y波導輸出的干涉信號；其中，兩所述Y波導上施加的調制信號相位相反；采用開環陀螺中的諧波解調方法對兩所述光電探測器采集的干涉信號進行解調。本發明能夠在已有的雙偏振光纖陀螺的結構上，在很大程度上降低偏振交叉耦合帶來的非互易誤差，使雙偏振光纖陀螺的兩個偏振態都得到使用。

技術領域

本發明屬于陀螺儀技術領域，具體涉及一種雙偏振光纖陀螺中的偏振非互易誤差消除方法雙偏振光纖陀螺。

背景技術

陀螺儀是一種轉動傳感器，用于測定其所在載體的轉動角速度。陀螺儀被廣泛地應用于飛行器及武器的制導、工業及軍事上的精密測量等領域。早期的陀螺儀為機械陀螺儀，機械陀螺儀是利用高速旋轉體的旋轉軸具有保持其方向的趨勢這樣一個物理原理而制造出的定向裝置。由于機械陀螺儀包含活動部件(例如高速轉子)，因此，其結構復雜、工藝要求高、并且精度受到了多方面的制約。

1960年代，隨著激光的問世，利用激光來制造光學陀螺儀的研究迅速發展起來。光學陀螺儀是基于薩格納克效應(Sagnac effect)而制造出來的定向裝置。具體說，在轉動的閉合光路中，由同一光源發出的兩束特征相同的光分別沿順時針(CW)方向和逆時針(CCW)方向傳輸時發生干涉，通過檢測所述兩束光的相位差或干涉條紋的變化，就可以測出該閉合光路的轉動角速度。上述相位差被稱作薩格納克相移φ_S，它與閉合光路的轉動角速度Ω成正比：

其中，ω為光的頻率，c為真空中光速，A是閉合光路所圍的面積。

在干涉式光纖陀螺儀中，常采用較長的光纖繞制成多匝線圈以形成閉合光路。采用多匝線圈可以增強薩格納克效應。在這種情況下，薩格納克相移φ_S的表達式為：

其中，L為光纖的長度，D為光纖線圈直徑，λ為光波的波長。

為把陀螺偏置到一個高靈敏度的工作點，需要引入一個非互異相位偏置，這時PD探測到的信號為I_D＝I₀{1+cos[φ_s+Δφ(t)]}。一種有效的相位偏置方法是通過相位調制器引入一個動態相位調制，如圖1所示。這樣，兩束光波之間的附加相位差為Δφ(t)＝φ_CCW(t)-φ_CW(t)＝φ_m0(t)-φ_m0(t-τ)，其中τ為光纖環的渡越時間，τ＝n_effL/c，其中neff是光纖的有效折射率,L是光纖環長。使用正弦波相位調制時，

φ_m0(t)＝φ₀sin(ω_mt) 公式(3)

所檢測信號的頻率成分如下：

其中，可由下面的方程解出來

I(4ω_m)/I(2ω_m)＝J₄(φ_m)/J₂(φ_m) 公式(6)

其中I(4ω_m)，I(2ω_m)為光電探測器所檢測到光強的四次諧波和二次諧波。最后，利用一次諧波和二次諧波可以檢測得到薩格納克相移