[發明專利]一種基于自由曲面透鏡耦合的空芯光子晶體光纖諧振陀螺

有效

• 申請號: 202110395745.2
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113267177B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 佘玄;范文;申何良;陳侃;畢然;舒曉武
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G01C25/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種基于自由曲面透鏡耦合的空芯光子晶體光纖諧振陀螺。本發明中窄線寬激光光源出射的光經第一保偏光纖后再經相位調制器調制后到達Y波導，Y波導將光分為兩束等光強的光，兩束光分別經過兩個環形器后從對應的第二保偏光纖出射后透過自由曲面透鏡耦合器和偏振分束棱鏡耦合后進入空芯光纖環；空芯光纖環內的一部分光在自由曲面透鏡耦合器反射后在空芯光纖環的環內發生諧振，空芯光纖環內的另一部分光透過自由曲面透鏡耦合器后返回到第二保偏光纖經對應的環形器后到達對應的光電探測器。本發明集成度高，耦合部件少，減少元件之間的相對位置誤差，整體結構更加緊湊，提高光纖陀螺的可靠性和環境適應性；制作工藝流程簡單，穩定性高。

技術領域

本發明屬于慣性傳感技術和集成光學領域，是一種空間光耦合方式的空芯光子晶體光纖陀螺。

背景技術

隨著慣性技術的發展，應用領域對慣性系統的體積、重量要求越來越高，集成化、小型化、低成本和高穩定性的光學陀螺設計成為必然。保偏光纖相比于傳統的單模光纖，具有更低的插入損耗，更小的非線性度，并且對環境變化不敏感。近年來，保偏光纖被越來越多的應用于諧振陀螺的諧振腔制作中。但是，目前的光纖熔接工藝和保偏光纖不兼容，將實芯光纖與保偏光纖熔接在熔接點處往往會出現很高的插入損耗。

空間光耦合是通過透鏡完成光纖之間的耦合，被很多人應用于保偏光纖諧振腔中，并且空間光耦合器有潛力做小并集成在片上的潛力。目前的空間光耦合方案大多是平面分光鏡和一般透鏡的組合，由自由曲面設計的透鏡報道還比較少。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，引入自由曲面設計將空間耦合器設計一體化，用一塊透鏡完成所需的耦合。顯著降低了諧振腔內的損耗并減少了耦合部件的數量，降低了封裝難度。

本發明采用的技術方案是：

本發明包括窄線寬激光光源、第一保偏光纖、相位調制器、Y波導、環形器、光電探測器、第二保偏光纖、自由曲面透鏡耦合器、硅片、空芯光纖環和偏振分束棱鏡；

窄線寬激光光源依次經第一保偏光纖和相位調制器后與Y波導的合束端相連，環形器包括逆時針環形器和順時針環形器，Y波導兩個分支中的其中一個分支與逆時針環形器的第一端口相連，逆時針環形器的第二端口與一個第二保偏光纖的一端相連，逆時針環形器的第三端口通過第三保偏光纖與一個光電探測器相連；

Y波導兩個分支中的另一個分支與順時針環形器的第一端口相連，順時針環形器的第二端口與另一個第二保偏光纖的一端相連，順時針環形器的第三端口通過第三保偏光纖與另一個光電探測器相連；

空芯光纖環卷繞呈環狀布置，且空芯光纖環卷繞后的兩端向硅片的一側延伸布置在硅片上；

兩個第二保偏光纖的另一端、自由曲面透鏡耦合器、偏振分束棱鏡和空芯光纖環的兩端均固定安裝在硅片上，自由曲面透鏡耦合器一側的硅片設置有兩個第二保偏光纖的另一端，自由曲面透鏡耦合器另一側的硅片設置有空芯光纖環的兩端，空芯光纖環的兩端分別與自由曲面透鏡耦合器之間設置有一個偏振分束棱鏡，偏振分束棱鏡放置在硅片上。

所述窄線寬激光光源出射的光經第一保偏光纖后再經相位調制器調制后到達Y波導，Y波導將光分為兩束等光強的光，兩束光分別經過兩個環形器后從對應的第二保偏光纖出射后透過自由曲面透鏡耦合器和偏振分束棱鏡耦合后進入空芯光纖環；

空芯光纖環內的一部分光在自由曲面透鏡耦合器反射后在空芯光纖環的環內發生諧振，空芯光纖環內的另一部分光透過自由曲面透鏡耦合器后返回到第二保偏光纖經對應的環形器后到達對應的光電探測器。

所述自由曲面透鏡耦合器靠近空芯光纖環的兩端的側面為第二表面，第二表面鍍有反射膜第二表面為橢球面，空芯光纖環的兩端分別處于橢球的兩個焦點，空芯光纖環兩端的延長線的交點與橢球面的中心重合。

所述自由曲面透鏡耦合器的頂面為第一表面，第一表面鍍有增透膜。