一种提高速率敏感性的光纤陀螺仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高速率敏感性的光纤陀螺仪，包括：光处理单元和解算单元，其中光处理单元包括：光源、第三分束器、第一角速度敏感单元以及第二角速度敏感单元，第三分束器用于将光源发出的光分成两路入射光分，第一角速度敏感单元以及第二角速度敏感单元分别通过偏振分束/合束处理使得该光纤环中形成两个不同的偏振态，并通过偏振分束/合束处理使两个偏振态分离并输出电流信号；解算单元，用于对上述两个偏振态输出的电流信号进行差分解算，得到最终的速率信息；本发明采用同一个保偏光纤环，采用偏振分束/合束器控制光纤环中的偏振态，使光纤环中形成偏振态不同的两个干涉仪，通过偏振分束/合束器使两个偏振态分离，从而实现敏感环路的等效倍增，提高光纤陀螺精度。
【专利说明】一种提高速率敏感性的光纤陀螺仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电【技术领域】，尤其涉及一种提高速率敏感性的光纤陀螺仪。
【背景技术】
[0002]1913年，萨格纳克(Sagnac)提出了运用无运动光学系统同样可以测量相对惯性空间的旋转。最初的装置由一个准直光源和一个分束器构成，将输入的光分成两束相反传输的光，光在闭合光路中传播时，当整个系统旋转时，可以观察到干涉条纹的横向移动，这称为Sagnac效应,构成的干涉仪称为Sagnac干涉仪。这一理论是光纤陀螺的理论基础,对于光纤陀螺，一般采用环形光路，其旋转时产生的干涉相位的数学表达式为:
【权利要求】
1.一种提高速率敏感性的光纤陀螺仪，其特征在于，包括:光处理单元和解算单元，其中， 光处理单元，包括:光源、第三分束器、第一角速度敏感单元以及第二角速度敏感单元，其中，第三分束器用于将光源发出的光分成两路入射光分别进入第一角速度敏感单元以及第二角速度敏感单元，第一角速度敏感单元以及第二角速度敏感单元分别通过偏振分束/合束处理使得该光纤环中形成两个不同的偏振态，并通过偏振分束/合束处理使两个偏振态分离并输出电流信号； 解算单元，用于对上述两个偏振态输出的电流信号进行差分解算，得到最终的结果。
2.根据权利要求 1所述的光纤陀螺仪，其特征在于，所述第一角速度敏感单元包括:第一光电探测器、第一分束器、第一调制器、第一偏振/合束器和光纤环，所述第二角速度敏感单元包括:第二光电探测器、第二分束器、第二调制器、第二偏振/合束器和光纤环； 两路入射光的一路通过第一分束器后由第一调制器进行调制并分为两束线偏光，其中一束线偏光通过第一偏振分束/合束器的A端后以原有的偏振态进入光纤环，并以顺时针方向传输并敏感速率信息，然后通过第二偏振分束/合束器，在第二偏振分束/合束器的A’端口以原有的偏振态输出，然后携带敏感的速率信息返回第一调制器；另一束线偏光通过第二偏振分束/合束器的A’端后以原有的偏振态进入光纤环，以逆时针方向传输并敏感速率信息，然后通过第一偏振分束/合束器，在第一偏振分束/合束器的A端口以原有的偏振态输出，然后携带敏感的速率信息返回第一调制器，在第一调制器处发生干涉，经第一分束器返回第一光电探测器，第一光电探测器将干涉形成的光强信号转换为电流信号输出； 另一路入射光通过第二分束器后由第二调制器进行调制并分为两束线偏光，其中一束线偏光通过第一偏振分束/合束器的B端后原有的偏振态旋转90°，然后进入光纤环，并以顺时针方向传输并敏感相位信息，然后通过第二偏振分束/合束器，在第二偏振分束/合束器的B’端口，偏振光旋转90°以原有的偏振态输出，然后携带敏感的速率信息返回第二调制器，而另一束光通过第二偏振分束/合束器的B’端后原有的偏振态旋转90°进入光纤环，以逆时针方向传输并敏感速率信息，然后通过第一偏振分束/合束器，在第一偏振分束/合束器的B端口，偏振光旋转90°以原有的偏振态输出，然后携带敏感的速率信息返回第二调制器，在第二调制器处发生干涉，经第二分束器返回第二光电探测器，第二光电探测器将干涉形成的光强信号转换为电流信号输出。
3.根据权利要求1或2所述的光陀螺仪，其特征在于， 上述第一角速度敏感单元电流信号输出为:
I1) (0 = y{l+ cos [Δ 也(O + φ、]} 第二角速度敏感单元电流信号输出为: V⑴二九’⑴+《.’]! 其中，1，I。’分别为第一角速度敏感单元与第二角速度敏感单元中到达探测器的光强，δ Φπα)，△ φ; (t)分别为第一角速度敏感单元与第二角速度敏感单元中相位调制器的调制相位，03和Φ3’分别为第一角速度敏感单元与第二角速度敏感单元由于敏感速率造成的Sagnac相位差，即敏感角速率。
4.根据权利要求3所述的光纤陀螺仪，其特征在于，所述第一角速度敏感单元与第二角速度敏感单元敏感角速率大小相等，幅值相反，即= - Φ/。
5.根据权利要求3所述的光纤陀螺仪，其特征在于，所述第一角速度敏感单元与第二角速度敏感单元中相位调制器的调制相位相同，即λ φπα) = δ φ； α),都为方波调制，调制幅值为土 π/2,周期为1/2 τ，τ为所述光纤陀螺仪的渡越时间。
6.根据权利要求3所述的光纤陀螺仪，其特征在于，所述第一角速度敏感单元与第二角速度敏感单元中到达探测器的光强相同，因此所述解算单元将第一角速度敏感单元与第二角速度敏感单元的电流进行差分解算，即对其输出相减得到差值为ItlSin Φ s,相比每一路检测的角速度加倍，实现敏感环路的等效倍增。
7.根据权利要求1所述的光纤陀螺仪，其特征在于，所述的光源为SLD光源、掺铒光纤光源或LED光源。
8.根据权利要求2所述的光纤陀螺仪，其特征在于，所述光纤环是用保偏光纤绕制而成，所述保偏光纤为熊猫型保偏光纤、领结型保偏光纤、椭芯光纤或者光子晶体光纤。
9.根据权利要求2所述的光纤陀螺仪，其特征在于，所述第三分束器为保偏耦合器或者单模耦合器；所述的第一分束器和第二分束器为保偏耦合器，或者单模耦合器及环形器。
10.根据权利要求2所述的光纤陀螺仪，其特征在于，所述第一偏振分束/合束器，第二偏振分束/合束器均为保偏稱 合器。
【文档编号】G01C19/72GK104075705SQ201410300231
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】王媛娣, 王已熏, 王夏霄 申请人:中航捷锐（北京）光电技术有限公司