[發明專利]一種基于飛秒激光的光纖Sagnac干涉儀

有效

• 申請號: 202011281480.5
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112361955B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 夏傳青;武騰飛;邢帥;張磊;趙春播
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所
• 主分類號: G01B9/02015
• 分類號: G01B9/02015
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王民盛

本發明公開的一種基于飛秒激光的光纖Sagnac干涉儀，屬于激光測量技術領域。本發明包括光纖耦合器、光纖圈、測量光源、掃描光源、光學掃描采樣單元。光纖耦合器的第一輸入光纖連接著測量光源，第一輸出光纖、第二輸出光纖連接著光纖圈，第二輸入光纖連接著光學掃描采樣單元；掃描光源的出射激光也進入光學掃描采樣單元。本發明測量光源和掃描光源均為飛秒激光光源，兩者的重復頻率有微小的差別，使得光程差非歧義長度得到極大擴展，能夠適用于各種轉速條件下旋轉角速度測量，進而拓展光纖Sagnac干涉儀的應用范圍。由于本發明采用雙飛秒脈沖光學掃描采樣的原理，能夠將微小的時間放大后進行探測，顯著提高光纖Sagnac干涉儀的測量精確度與靈敏度。

技術領域

本發明涉及一種基于飛秒激光的光纖Sagnac干涉儀，屬于激光測量技術領域。

背景技術

在由光纖繞成的環形光纖圈中，當光纖圈相對于慣性空間、繞著垂直于光路平面的軸轉動時，光纖圈內沿相反方向傳播的兩束光將產生一個光程差，由這個光程差導致的相位差將引起兩束光干涉光強的變化，通過測量干涉光強，就可以得到旋轉的角速度Ω。這就是Sagnac效應。這種基于Sagnac效應的光纖Sagnac干涉儀是光纖陀螺的核心，廣泛應用于飛機和宇航器的導航系統中。Sagnac干涉儀內順、逆時針傳播光的光程差ΔL與旋轉角速度Ω成正比，其非歧義長度僅為λ/2，當旋轉導致的光程差超過λ/2時，通過干涉信號準確地提取相位差將變的困難，限制了光纖Sagnac干涉儀的應用。

近年來，飛秒激光測量得到了突飛猛進的發展。采用重復頻率有微小差異的雙飛秒激光脈沖進行的異步光學掃描采樣測距，可以實現任意長絕對距離的測量，兼具測距范圍極大、測量精度極高的優點，并且可以將測量結果直接溯源至時頻基準。試驗已經證實，飛秒激光的測距精度已經超過作為長度計量基準的激光干涉儀的水平，并在國際上產生了取代激光干涉儀成為新的計量基準的趨勢。

發明內容

為克服現有技術存在的上述缺點，本發明目的是提供一種基于飛秒激光的光纖Sagnac干涉儀，測量光源和掃描光源均為飛秒激光光源，兩者的重復頻率有微小的差別，使光纖Sagnac干涉儀的光程差非歧義長度得到極大擴展，能夠適用于各種轉速條件下旋轉角速度測量，提高測量精確度與靈敏度。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明公開的一種基于飛秒激光的光纖Sagnac干涉儀，主要由光纖耦合器、光纖圈、測量光源、掃描光源、光學掃描采樣單元組成。

所述光纖耦合器的第一輸入光纖連接著測量光源，第一輸出光纖、第二輸出光纖連接著所述光纖圈，第二輸入光纖連接著所述光學掃描采樣單元。所述掃描光源的出射激光也進入所述光學掃描采樣單元。所述測量光源和掃描光源均為飛秒激光光源，兩者的重復頻率有微小的差別。

所述光學掃描采樣單元主要由偏振分束棱鏡、第一凸透鏡、二類匹配倍頻晶體、第二凸透鏡、光電探測器組成。

本發明公開的一種基于飛秒激光的光纖Sagnac干涉儀的工作方法為：測量光源輸出重復頻率為f_r的發射脈沖序列，通過第一輸入光纖進入光纖耦合器；所述光纖耦合器將輸入的飛秒脈沖序列分為兩路，分別經第一輸出光纖、第二輸出光纖進入光纖圈，在光纖圈內沿相反方向傳輸；光纖圈內沿順、逆時針方向傳輸的這兩路光各自環行光纖圈一周后回到所述光纖耦合器，在光纖耦合器上進行合束，從第二輸入光纖返回測量脈沖序列；由于光纖圈順、逆時針傳輸的兩路光之間存在光程差，測量脈沖序列中來自順時針傳輸的脈沖與來自逆時針傳輸的脈沖延時分開；所述掃描光源輸出重復頻率為f_r+Δf_r的掃描脈沖序列，掃描脈沖序列與測量脈沖序列進入所述光學掃描采樣單元，在偏振分束棱鏡處匯合，經第一凸透鏡聚焦在二類匹配倍頻晶體上，繼續經第二凸透鏡準直后，由光電探測器采集信號。