[發明專利]一種單光源雙偏振的光纖陀螺儀

在審

• 申請號: 202010948998.3
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112066972A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 操玉文;何動;張丁凡;周桐;陽春霞;曾衛益;朱蘭鑫;陳彥鈞;李正斌;蔣云
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 劉廣達

本申請提供一種單光源雙偏振的光纖陀螺儀，包括：光源、起偏器、消偏器、耦合器、第一偏振光通路、第二偏振光通路、保偏光纖環；其中，光源、起偏器、消偏器、耦合器依次串接，耦合器的輸出端連接并聯的第一偏振光通路和第二偏振光通路的輸入端，第一偏振光通路和第二偏振光通路的輸出端連接保偏光纖環；耦合器的輸出端和第二偏振光通路的輸入端之間串接有延時模塊。本申請利用首先起偏器和消偏器以實現雙偏振光功率均衡，同時延時模塊使雙偏振光具有相位差，再配合對雙偏振光進行反向調制，能夠有效降低光纖中的偏振交叉耦合噪聲，對于提高光纖陀螺的游走和零偏性能有非常重要的意義。

技術領域

本申請涉及陀螺儀技術領域，具體涉及一種單光源雙偏振的光纖陀螺儀。

背景技術

光纖陀螺儀是一種測量物體慣性運動角速度的傳感器。由于其精度高、性能穩定、可靠性好、抗干擾能力強和壽命長等特點而被廣泛應用于導彈、航空、航天、航海等領域。

光纖陀螺是基于薩格納克效應(Sagnac effect)而制造出來的定向裝置，光學陀螺儀基本工作原理是：在閉合光路中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，如果該光路存在轉動，則兩束光會產生與該轉動角速度相關的相位差，從而根據這兩束光的干涉信號即可得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，其與轉動角速度Ω的關系可表示為：式中，λ為光源波長，c表示真空中的光速，L和D表示保偏光纖環的長度和直徑。

由于Sagnac相移遠遠小于光波的相移，因此光纖陀螺的結構設計要考慮抑制其他非互易的相移，盡可能地降低噪聲。一個基本的結構設計原型就是采用“最小互易結構”作為光纖陀螺的基礎結構，如圖1所示。最小互易結構的設計目的在于保證順時針CW和逆時針CCW光波所經歷的光路完全一致，即滿足互易性的要求。由于Sagnac信號是一個非常小的相位信號，遠遠小于光波傳輸相移，只有互易性被保證時才能被清楚地檢測出來。最小互易結構中要素是兩方面互易性的保證：一個是偏振互易性，即保證CW、CCW光波所經歷的偏振模式是一樣的；另一個是耦合器互易性，即保證CW、CCW光波經過耦合器的方式是一樣的。其中偏振互易性是最重要的一個方面，如果偏振互易性沒有良好的保證，就會產生偏振非互易(PN)誤差。偏振非互易誤差會對光纖陀螺性能造成嚴重的劣化，集中體現在造成零偏穩定性的變差，而且還決定了光纖陀螺中噪聲降低效果的極限。因此在陀螺的結構設計中，偏振互易性被放置在非常優先的位置，偏振非互易誤差也是提高陀螺精度的一個關鍵問題。

雙偏振光纖陀螺是近些年提出的一種新型光纖陀螺儀，和傳統光纖陀螺的區別在于該結構利用了光纖環中的兩個偏振態的光學補償效應來進行測量，具有結構簡單、環境適應性強的優點。然而，雙偏振態光纖陀螺儀，是通過檢測兩個偏振態方向的光分別在閉合光路中的光學補償效應來進行測量，兩個偏振態的光在保偏光纖環中傳輸時會存在的偏振交叉耦合，即在其中一個主軸(如快軸)上傳輸的光可能會由于應力耦合進入另一個主軸(如慢軸)，進入另一主軸上的光為耦合光，由于快軸和慢軸的光都是同一光源發出的，具有一定的相干性，耦合光會與主軸的光干涉影響真實信號的解調。

因此，需要提供一種能降低偏振交叉耦合噪聲的雙偏振光纖陀螺儀。

發明內容

本申請的目的是提供一種單光源雙偏振的光纖陀螺儀。

本申請提供一種單光源雙偏振的光纖陀螺儀，包括：光源、起偏器、消偏器、耦合器、第一偏振光通路、第二偏振光通路、保偏光纖環；其中，

所述光源、起偏器、消偏器、耦合器依次串接，所述耦合器的輸出端連接并聯的第一偏振光通路和第二偏振光通路的輸入端，所述第一偏振光通路和第二偏振光通路的輸出端連接所述保偏光纖環；

所述耦合器的輸出端和所述第二偏振光通路的輸入端之間串接有延時模塊。

在本申請的一些實施方式中，所述延時模塊為單模光纖或保偏光纖。