[發明專利]一種適合變溫度環境下工作的高性能混合型光纖諧振腔

有效

• 申請號: 201911061875.1
• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN110906919B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 索鑫鑫;李晶;于海成;楊遠洪;吳旭東
• 申請（專利權）人: 北京航天時代光電科技有限公司
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

本發明公開了一種適合變溫度環境下工作的高性能混合型光纖諧振腔，特別是一種集成保偏光子晶體光纖(Photonic Crystal Fibers，PCF)耦合器和單偏振光纖(Single?Polarization Fiber，SPF)的混合型諧振腔。保偏光子晶體光纖耦合器由參數經專門設計的保偏PCF通過側面拋磨與光膠貼合技術研制；保偏光子晶體光纖耦合器尾纖與SPF采用偏振軸2次旋轉90度熔接。本發明采用專門設計的保偏光子晶體光纖耦合器和SPF研制諧振腔，通過對諧振腔各器件分光比和損耗參數進一步優化設計，很好地抑制了腔內的偏振波動噪聲和光克爾噪聲，對諧振式光纖陀螺的工程化進程具有里程碑意義。

技術領域

本發明屬于光纖諧振腔技術領域，尤其涉及一種適合變溫度環境下工作的高性能混合型光纖諧振腔。

背景技術

諧振式光纖陀螺(Resonator Fiber optic Gyro，RFOG)是利用諧振腔中相向傳播光波的諧振頻率偏差正比于角速度的原理實現對旋轉角速度的測量。作為RFOG的核心敏感部件，諧振腔根據結構不同可分為反射式和透射式，二者在諧振陀螺的應用上各有優缺點。

目前，R-FOG仍處于實驗室研究階段，主要原因是光纖諧振腔受磁場、溫度影響較大。干涉光在諧振腔中傳播會產生多種噪聲，主要包括瑞利背向散射噪聲，光學克爾噪聲和偏振波動噪聲。利用雙頻相位調制方法，諧振腔中背向散射噪聲可以被很好地抑制。Keer效應是一種和光纖中傳光功率有關的非線性效應，通過控制諧振腔中順時針(Clockwise，CW)和逆時針(Counterclockwise，CCW)方向傳播光光功率差，可以將Keer效應降低到一定范圍內。與溫度相關的偏振波動噪聲是影響RFOG長期穩定性的主要噪聲因素。一般諧振腔由PMF構成，光纖中支持兩個本征偏振態(Eigenstate of Polarization，ESOPs)傳輸。FRR輸出端光信號除了能量較大的主偏振態(Primary Eigenstate of Polarization,P-ESOP)光波能量以外，還包含了能量較小的次偏振態(Secondary Eigenstate of Polarization，S-ESOP)以及主次偏振態之間干涉部分能量信息。S-ESOP以及主次偏振態之間干涉部分能量直接影響P-ESOP對應諧振頻率點的檢測精度，在RFOG輸出端產生角速度測量誤差。另外，光纖折射率隨外界環境溫度波動而發生改變，引起諧振腔內2個S-ESOPs對應的諧振峰發生相對漂移，導致RFOG輸出角速度測量誤差還會隨著環境溫度而波動，進一步破壞了RFOG的長期穩定性。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種適合變溫度環境下工作的高性能混合型光纖諧振腔，通過采用經過專門設計的光子晶體光纖耦合器和單偏振光纖，諧振腔在全溫變溫環境下具有高偏振消光比；進一步的，通過匹配諧振腔各器件分光比和損耗參數，使腔內CW和CCW向傳輸光光功率差小于1％。該高性能混合型光纖諧振腔很大程度上在全溫變溫環境下抑制了諧振陀螺的偏振噪聲和克爾噪聲。

為了解決上述技術問題，本發明公開了一種適合變溫度環境下工作的高性能混合型光纖諧振腔，其特征在于，包括：第一PM光子晶體光纖耦合器、第一90度熔接點、第一單偏振光纖和第二90度熔接點；其中，第一PM光子晶體光纖耦合器，包括：第一PM光子晶體尾纖、第二PM光子晶體尾纖、第三PM光子晶體尾纖和第四PM光子晶體尾纖；

第一PM光子晶體尾纖和第二PM光子晶體尾纖與第三PM光子晶體尾纖和第四PM光子晶體尾纖分別設置在第一PM光子晶體光纖耦合器兩端；

第二PM光子晶體尾纖的末端與第一單偏振光纖的一端在第一90度熔接點處熔接；

第四PM光子晶體尾纖的末端與第一單偏振光纖另一端在第二90度熔接點處熔接。

在上述適合變溫度環境下工作的高性能混合型光纖諧振腔中，第一PM光子晶體尾纖、第二PM光子晶體尾纖、第三PM光子晶體尾纖、第四PM光子晶體尾纖的光纖模場直徑與第一單偏振光纖的光纖模場直徑相等。