专利名称：一种光纤环偏振串音估计与对称性评价方法
技术领域：
本发明涉及保偏光纤陀螺用光纤环检测技术，提出了利用白光干涉法测得的偏振耦合强度分布数据来估计光纤环偏振串音的模型，并特别提出了光纤环对称性评价方案。
背景技术：
光纤陀螺是利用萨格奈克效应测量角速度的一种高精度惯性仪表。其结构简单、可以适应不同精度要求、环境适应性好，是一种新型全固态惯性器件，将成为惯性导航和战略应用领域的主要仪表。保偏光纤的使用降低了环境变化等外界因素引起的寄生双折射的影响，因此提高了光纤陀螺的精度。但保偏光纤陀螺光路中依然存在偏振交叉耦合，尤其是光纤环绕制过程中引入的应力和不对称性，是影响光纤陀螺输出误差的重要因素，它降低了光纤陀螺的实际性能。近年来，光子晶体光纤因其出色的应力、温度稳定性在光纤陀螺的应用中引起了极大的关注。其中，保偏光子晶体光纤(PM-PCF)的模式双折射可达10_3，比传统保偏光纤高出近一个量级，这决定了其在偏振型光纤传感中的重大应用价值。敏感线圈的热非互异性是影响光纤陀螺性能的重要因素之一，目前有很多建议来降低热非互异性，如，采用热导率高的光纤外涂复层或线圈固化胶使各光纤层之间“热短 路”等。光纤环绕制中，目前普遍采用的四极对称绕法一定程度上改善了光纤环瞬态特性。研究表明，环圈关于光纤中点的轻微不对称性会大大消弱甚至失去四极对称绕法的优势。在绕制中需要对一些叠纤和交叉等缺陷及时发现并纠正，否则会严重影响光纤环的性能，而绕制在线检测的方法主要是视频监控、张力监控等手段，这些只能间接反映绕制质量、无法直接监控绕制过程对光纤性能的影响。利用分布式传感检测光纤环，较传统的方法是利用布里渊光学时域反射计(BOTDR)检测光纤环应力，但该方法空间分辨率和传感灵敏度较低，难以实现在线精确监测光纤环质量。光纤环绕制完成后成品的热应力检测，现有方法也难以实现。利用白光干涉仪可以得到很高精度的偏振耦合强度测量，但是目前只能从直观上观察分布情况，缺乏一种定量的评价手段来分析光纤环的对称性，在分析环全温特性时也缺乏有效的评价标准。而且，传统光纤环消光比测试仪需要精确的对轴操作，仅作为白光干涉法分析的一个辅助部分，同时也无法根据绕环工艺的具体情况定量测出光纤环中某一部分的偏振串音。因此需要一种新的方法来评价光纤环的对称性，对原料光纤的选择和绕环工艺的改进提供必要的指导。
发明内容
本发明针对绕环工艺和温度变化对光纤陀螺用敏感环对称性影响，提出了一种光纤环偏振串音估计与对称性评价方法，其中设计了一种结合白光干涉法和测量光纤双折射色散的实验装置，提出了利用偏振耦合强度分布数据直接估计光纤环偏振串音并提出了定量评价对称性参数的方法。
—种光纤环偏振串音估计与对称性评价方法，具体包括如下步骤步骤I :将待测光纤环保存在温箱中，温箱温度调至测试温度；待测光纤环为保偏光纤;步骤2:进行白光干涉偏振耦合实验，得到偏振耦合强度的分布数据集合A，并利用高斯模型得到实验用的光源的相干长度L。；步骤3 :采用波长扫描法测量待测光纤环的双折射色散AD ；步骤4 :首先寻找待测光纤环的中点M，具体是对数据集合A进行希尔伯特变化提取包络，找到包络中最大耦合强度对应的耦合点，该耦合点就是待测光纤环的中点M ;然后根据M将数据集合A分为表征中点M左侧偏振耦合分布的数据集合C，以及表征中点M右侧偏振耦合分布的数据集合D ；··
步骤5 :利用分辨率计算模型修正系统分辨率，并对数据集合A或者数据集合C和D中的数据进行分组。(5. I)对数据集合A分组后的每组中的数据求平均值，得到数据集合B ;数据集合B中每个数据表示一个实际耦合点发生的耦合至慢轴上的光强度。(5. 2)对数据集合C和D分组后的每组中的数据求平均值，对应得到数据集合E和F ;数据集合E和F中的每个数据表示一个实际耦合点发生的耦合至慢轴上的光强度。步骤6 :确定偏振串音的估计模型，确定整段待测光纤环的偏振串音或者待测光纤环中点左右两侧的偏振串首。(6. I)整段待测光纤环的偏振串音η为
权利要求
1.一种光纤环偏振串音估计与对称性评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 步骤I:将待测光纤环保存在温箱中，温箱温度调至测试温度；待测光纤环为保偏光纤; 步骤2 :进行白光干涉偏振耦合实验，得到偏振耦合强度的分布数据集合A，并利用高斯模型得到实验用的光源的相干长度L。； 步骤3 :采用波长扫描法测量待测光纤环的双折射色散AD ； 步骤4 :首先寻找待测光纤环的中点M，具体是对数据集合A进行希尔伯特变化提取包络，找到包络中最大耦合强度对应的耦合点，该耦合点就是待测光纤环的中点M ;然后根据M将数据集合A分为表征中点M左侧偏振耦合分布的数据集合C，以及表征中点M右侧偏振耦合分布的数据集合D ; 步骤5 :利用分辨率计算模型修正系统分辨率，并对数据集合A或者数据集合C和D中的数据进行分组； (5. I)对数据集合A分组后的每组中的数据求平均值，得到数据集合B ;数据集合B中每个数据表示一个实际耦合点发生的耦合至慢轴上的光强度； (5. 2)对数据集合C和D分组后的每组中的数据求平均值，对应得到数据集合E和F ;数据集合E和F中的每个数据表示一个实际耦合点发生的耦合至慢轴上的光强度； 步骤6 :确定偏振串音的估计模型，确定整段待测光纤环的偏振串音或者待测光纤环中点左右两侧的偏振串首； (6. I)整段待测光纤环的偏振串音η为
2.根据权利要求I所述的光纤环偏振串音估计与对称性评价方法，其特征在于，步骤2中所述的白光干涉偏振耦合实验，具体是依次将超连续的光源、待测光纤环、起偏器和消光比测试仪用跳线连接，调整起偏器的偏振角，使消光比测试仪的读数最大，此时保证光纤对轴；保持起偏器的偏振角不变，然后将待测光纤环接入白光干涉仪光路，打开白光干涉仪的数据采集模块进行扫描，得到偏振耦合强度的分布数据集合Α。
3.根据权利要求I或2所述的光纤环偏振串音估计与对称性评价方法，其特征在于，步·9 In ) 2骤2中所述的光源的相干长度L。为
4.根据权利要求I所述的光纤环偏振串音估计与对称性评价方法，其特征在于，步骤3中所述的待测光纤环的双折射色散具体通过如下方法得到 首先，将超连续的光源、起偏器、待测光纤环和消光比测试仪用跳线连接，旋转起偏器至消光比测试仪读数最大，此时保证光纤对轴；然后将待测光纤环连接的消光比测试仪取下，将待测光纤环依次连接检偏器和光谱仪，调整检偏器至光谱仪示数对比度最大，通过光谱仪得到实验中光源的某个波长段内，出射光的光谱，出射光强随光源的波长发生周期性变化，根据光谱得到待测光纤环的双折射色散AD
5.根据权利要求I所述的光纤环偏振串音估计与对称性评价方法，其特征在于，步骤4所述的利用分辨率计算模型修正系统分辨率，并对数据集合A或者数据集合C和D中的数据进行分组，具体是设I表示以光纤入射端为起点沿待测光纤环的长度坐标，则I处的系统分辨率ζ (I)为
全文摘要
本发明公开了一种光纤环偏振串音估计与对称性评价方法，利用相干域偏振检测技术得到保偏光纤环偏振耦合强度的分布数据，再利用波长扫描法得待测光纤的双折射色散系数，建立偏振串音估计模型，并提出了一种判断光纤环中点的方法，得到中点左右侧偏振串音数据，分别确定中点左右侧的偏振串音，来分析待测光纤环的对称性。本发明设计结构简单，综合性强，测量精度高，可靠性好，可以在测量光纤环偏振耦合强度分布的同时测量出环的偏振串音，并将偏振串音值作为评价绕环对称性的参考指标。本发明可以广泛应用于测量多种保偏光纤和新型光子晶体光纤，便于优化选择陀螺用料光纤，对评估和指导优化光纤陀螺的温度性能有重要意义。
文档编号G01M11/02GK102889979SQ20121035980
公开日2013年1月23日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者金靖, 王曙, 宋凝芳, 宋镜明, 徐宏杰, 杨德伟 申请人:北京航空航天大学