[發明專利]一種光纖陀螺光路的多次光學倍增裝置及方法

有效

• 申請號: 202010636438.4
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111811494B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 梁璀;張登偉;周一覽;陳侃;李楠;楊建華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G02B27/28
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種光纖陀螺光路的多次光學倍增裝置及方法，屬于光纖傳感技術領域。本發明在光纖陀螺中采用了兩個偏振分束/合束器和偏振開關，其分別位于保偏光纖敏感線圈兩端的正、反向光路中。該偏振分束/合束器用于將兩束正交偏振光耦合到一根光纖中，或將一束輸入光分離成兩束正交線偏光輸出，偏振開關可以通過控制電壓使通過其中的線偏振光實現90度的偏振旋轉或保持不變。通過兩個偏振分束/合束器的特定放置與耦合以及對偏振開關電壓的調制，入射光信號可以沿光纖陀螺保偏光纖敏感線圈循環傳輸，從而達到光學多次倍增的效果，該方案結構簡單、成本低廉，在不增加光纖長度的前提下可有效提高光纖陀螺的測量精度。

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，具體涉及一種光纖陀螺光路的多次光學倍增裝置及方法。

背景技術

慣性導航系統是一種能提供載體實時多方位信息的自主式的導航設備，其工作過程中不需要外界信息。光纖陀螺作為慣性導航系統的核心器件之一，對慣性導航系統精度的影響很大，多數情況下主導了慣性導航系統的整體性能。因此，高精度慣性導航系統對所用光纖陀螺的精度和性能提出了更高的要求。光纖陀螺具有高理論精度、全固態、高可靠性等優勢，高精度光纖陀螺作為高精度慣性導航系統應用的首選，在深空、潛海、戰略等領域都有著廣泛的應用。

光纖陀螺自誕生以來經歷了飛速發展，時至今日，已經形成了較為成熟的理論和技術體系。為了適應更復雜和嚴苛的應用需求，尤其是在軍事方面的應用，各國研究人員都對光纖陀螺精度的提升開展了深入的研究。傳統的提升光纖陀螺精度的方法包括硬件和軟件兩種方式，其中硬件方式主要包括提升光源穩定性、抑制電路噪聲、控制繞環方式、磁屏蔽等，而軟件方式主要包括解算算法優化、溫度補償等。但是，隨著技術的成熟，這些傳統方法已達到瓶頸，成本和效果之間的矛盾日益突出。

除此之外，通過增加光纖長度和光纖環直徑可以累積角速度產生的非互易相位差，能在一定程度上提升光纖陀螺的精度，但增加光纖長度一個致命缺點是對溫度等環境適應性大大降低，原因在于較長的光纖繞制成環后，環境因素引起的光纖環內部應力不均勻、不對稱產生了較大的非互易相位差，限制了精度的提高。因此，亟需一種能在不降低光纖陀螺環境穩定性的前提下提高光纖陀螺的精度，同時能保持光纖環體積基本不變的裝置及方法，在光纖陀螺的技術提升上具有重要工程意義。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有的光纖陀螺穩定性差、精度低的不足，提出一種光纖陀螺光路的多次光學倍增裝置及方法，通過兩個偏振分束/合束器的特定放置與耦合以及對偏振開關電壓的調制，入射光信號可以沿光纖陀螺保偏光纖敏感線圈循環傳輸，在不增加光纖長度的條件下提高角速度引起的相位累積，實現在不降低光纖陀螺環境穩定性的前提下提高光纖陀螺的精度，同時保持光纖環體積基本不變。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種光纖陀螺光路的多次光學倍增裝置，包括光源、起偏器、分束器、第一偏振分束/合束器、第一偏振開關、保偏光纖敏感線圈、第二偏振開關、以及第二偏振分束/合束器；

所述的偏振分束/合束器包括三個端口：A端口、B端口和C端口，所述A 端口的慢軸或快軸與C端口的慢軸耦合連接，B端口的慢軸或快軸與C端口的快軸耦合連接；所述光源的輸出端通過保偏光纖依次與起偏器、分束器連接，分束器的兩個輸出端口分別通過保偏光纖與第一偏振分束/合束器A端口以及第二偏振分束/合束器A端口連接，第一偏振分束/合束器C端口和第二偏振分束/合束器C端口分別通過保偏光纖與第一偏振開關和第二偏振開關的同側端口連接，第一偏振開關和第二偏振開關的另一側端口分別通過保偏光纖與保偏光纖敏感線圈的兩個端口連接，第一偏振分束/合束器B端口與第二偏振分束/合束器B端口0°耦合連接。

作為本發明的優選實施方式，所述的第一偏振分束/合束器和第二偏振分束/ 合束器的A端口和B端口所連接的保偏光纖中的光只能沿其快軸或者慢軸傳輸， C端口所連接的保偏光纖中的光能夠同時沿快軸和慢軸傳輸。