专利名称：偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺和它的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤系统，特别涉及一种光纤干涉仪及其制备方法。
本专利申请所揭示的各光纤系统均属于光纤干涉仪，其用途除为基本研究所需外，主要是在传感方面。光纤陀螺是干涉仪中的一种，即Sagnac干涉仪，其用途是传感角速。本发明的构思普遍适用于各种光纤干涉仪，但本申请书的内容将以所发明的一种全光纤陀螺为重点。
目前正在研究和发展中的光纤陀螺，在一些应用中正在取代机械陀螺，同时也成为激光陀螺的竞争对手。从成本低廉且耐用的观点看，光纤陀螺恐怕早晚要占优势。
现有的各种光纤陀螺，还存在着不少问题，其中特别关键的，一是激光器光源因频率抖动而产生的相位噪声，一是由于光束偏振态不稳定而产生的信号漂移和衰落。在不少场合，后一问题更加严重，因为在最不利的情况下不仅出现某种形式的噪声，而是使检测信号全部消失。目前，减少相位噪声的办法一般是使用超辐射发光二极管SLD作为光源。至于后一问题，即改善光纤陀螺系统中光束偏振态的不稳定性的问题，则现有的一些办法都未能见效。
现有的光纤陀螺，其在光的偏振态方面的特征是，整个陀螺系统各部件中的光全部都是在线偏振态下工作。典型的陀螺系统包括输出为线偏振光的光源，接上定向耦合器、单偏器和第二个定向耦合器，给出功率等分的两束线偏振光，分别进入陀螺环光纤的两个端头。为使光纤陀螺各部件中光束均工作在正确的线偏振态，在连接系统中每一部件时，实际可行的方法是监视其输出功率。从光源顺序接第一个定向耦合器、单偏器和第二个定向耦合器，用上述监视功率的方法进行器件之间的连接都没有什么实际的困难。甚至将第二个定向耦合器的一个输出端与陀螺环(即Sagnac转动环)的一个端头相连接，也还可以利用这种监视功率的方法进行，即在输出功率取最大值时即可认为接点两边的主轴已经对准。麻烦的是整个陀螺系统中最后一个接点的连接，即将第二个定向耦合器剩下的一个端头和陀螺环剩下的一个端头互相连接起来的最后一个步骤。在这个步骤上，由于陀螺环接通后其中存在有沿顺时针和逆时针两个相反方向运行的光束，就无法利用监视功率的方法进行接点两边光纤主轴的对准。这样一来，由于最后一个接点不能保证接准，就很难避免光的偏振态的失调，也就很难避免由此而产生的被测干涉信号的漂移和衰落。
现有光纤陀螺系统中的陀螺环，无论是用常规光纤或非常规保偏光纤绕成，都很难避免上述的麻烦问题。在使用常规光纤绕制陀螺环的情况下，由于常规光纤本身所固有的偏振态不稳定性，陀螺环中的两束光取任何偏振态都有可能，这样，两束光合成和干涉后的结果并不代表真实的被测信号。为此，目前光纤陀螺中的陀螺环多数用保偏光纤绕成。所谓“保偏”光纤，其实是指保持线偏振态的光纤。从原理上说，采用保偏光纤应该解决了问题。但实际上，困难依旧存在，原因是，保偏光纤的保偏特性要求所传输的线偏振光始终工作在光纤的一个主轴上。如果线偏振光偏离了主轴，则所谓“保偏”光纤并不起保偏作用，其中光的偏振态即使在理想的不受外界干扰的条件下也沿光纤长度不断变化。这样一来，由于前述的最后一个接点两边光纤主轴不能保证对准的问题，即使用保偏光纤绕制陀螺环，也仍然不能避免因光的偏振态失调而对陀螺效应所造成的麻烦。
本发明的目的是提供一种偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺系统;本发明的进一步目的是提供上述系统的制备方法及其一种工艺设备;本发明的另一目的是提供几种应用偏振态无源自动稳定全光纤的其它干涉仪系统。
本专利申请所揭示的全光纤陀螺系统，它摆脱了所有传统的和现有的陀螺方案(其中全部都用线偏振光)，创造出一种特别的方案，其中不单用线偏振光，同时也用圆偏振光，而光的两种不同偏振态的相互变换和控制，则依助于无源偏振态控制与变换器(简称PPC，即英文PassivePolarizationControl一词各字第一字母的并写)，此种器件已在本发明人申请的中国待批专利CN1042242A和中国专利申请书91107430.9，以及本发明人拥有的美国发明专利4，943，132和5，096，312中予以揭示。
图1是本发明所述的全光纤陀螺系统的结构示意图。
图2是PPC的实际结构示意图。
图3是将圆偏振态变换为主轴X上线偏振态的PPC的示意图。
图4是将圆偏振态变换为主轴Y上线偏振态的PPC的示意图。
图5是制备PPC或带PPC的陀螺环及带PPC的光纤臂的一种工艺设备的示意图。
图6是采用PPC的Mach-Zhender全光纤干涉仪的示意图。
图7是采用PPC的Michelson全光纤干涉仪的示意图。
图8是采用PPC的Fabry-Perot全光纤干涉仪的示意图。
以下结合附图对本发明作详细说明。
图1示本发明所揭示的全光纤陀螺系统的结构。S为超辐射发光二极管光源;PPC0为线偏振态到圆偏振态的变换器;C1和C2为定向耦合器;D为检测器;L为匹配负载;Ω示陀螺环(或Sagnac环)的角转速，此陀螺环的两个端头均带有PPC。
图2示PPC0的实际结构示意图，图中标数1为双折射光纤横截面，2为纤芯，3为应力作用区，4为变旋距光纤。
图3是将圆偏振态变换为主轴X上线偏振态的PPC的示意图。
图4是将圆偏振态左右旋加以改变使PPC输出端的线偏振光落到主轴Y上的示意图。
图5是制备PPC或带PPC的陀螺环，及带PPC的光纤臂的一种工艺设备示意图。它是以双折射光纤为原材料制作PPC或制作带有PPC的陀螺环和带有PPC的光纤臂的工艺设备。图中注字F代表被加工的双折射光纤;1和2代表两个光纤固定器，后者的结构是使光纤可从2的轴线中心穿过;H代表微加热器，它可沿光纤长度来回作直线运动，如箭头L所示;R是带动微加热器H的马达;S是旋扭光纤的变速马达;3代表螺丝孔，用以选定被加工的光纤长度。
图6是Mach-Zhender全光纤干涉仪的示意图。图中L示激光源;S和R分别示带有PPC端头的传感光纤臂和参考光纤臂;M是匹配负载;其余符号的意义同前。
图7是Michelson全光纤干涉仪的示意图;其中右端的划线是示意说明光纤终端为全反射面;其余符号的意义同前。
图8是Fabry-Perot全光纤干涉仪的示意图;其中PR所指向的竖直线示意表明该处光纤横截面为部分反射面;TR示光纤终端为全反射面;其余符号的意义同前。
中国待批专利CN1042242A和中国专利申请书91107430.9，以及美国发明专利4，943，132和5，096，312，揭示了本专利申请人所发明的无源光纤偏振态控制与变换器(简称PPC)，它既具有控制无规线偏振态的功能，同时具有对不同偏振态进行变换的功能，其中对本项专利申请特别有用的是主轴上线偏振态与圆偏振态之间的变换。
如前所述，现有的各种光纤陀螺系统在其整个光路中全部都是利用线偏振光工作，而无例外。此类系统的一个迄今未得解决的技术难题是如何将光纤定向耦合器分束出来的两束线偏振光都对准射到陀螺环光纤的同一主轴上，参见B.Culshaw，PolarizationPhenomenainOpticalFibreSagnacInterferometers，Proc.ofProgressInElectromagneticsRes.Symposium， sposoredbyMIT，Cambridge，USA，July1991。从这一技术难题得到的启发是，如果存在着一种简单的、又无需任何人工调整的无源光纤器件，它能使线偏振光自动稳定在陀螺环光纤的主轴上，那么，上述技术难题就将迎刃而解。由于本专利申请人自己所发明的PPC正好具有这种特别的功能，很自然地启发了用PPC构成全光纤陀螺系统的思想。在前项中国专利申请书91107430.9中，详细地揭示了用PPC完成这种功能的原理及数学表式。利用这一原理，只要在陀螺环光纤两端都接上所发明的PPC(即一段变旋距的双折射光纤)，以其快旋转为外端，那么，通过二PPC而进入陀螺环的两束线偏振光就都能自动地稳定在陀螺环光纤的同一主轴上。如果分别朝两个PPC的外端看进去，纤的旋扭方向相同(这等于说，如朝着同一方向如+Z或-Z方向看，两个PPC的旋扭方向恰相反)，那么，所得结果就将是，进入陀螺环的两束反向环行的线偏振光都将落在环的同一主轴(x或y)上。在另一情况下，如朝两个PPC的外端看，光纤的旋扭方向相反(亦即朝+Z或-Z方向看，两个PPC的旋扭方向相同)，则进入陀螺环的两束线偏振光，其一落在x主轴上，另一则落在y主轴上。虽然上述两种情况都能将光束稳定在主轴上，但前一情况在陀螺应用中更为有利。
根据中国专利申请书91107430.9中所揭示的原理，进入陀螺环两头PPC外端的光都是圆偏振光，或均为左旋或均为右旋，通过一头的PPC后变为稳定在主轴上的线偏振光，此线偏振光沿陀螺环保偏光纤传输能保持线偏振态，最后再通过另一头的PPC又变回为圆偏振光，其左右旋亦还原。光在陀螺环中运行，始终保持在线偏振态，其相位变化决定于陀螺环保偏光纤主轴方向本征模的传播常数。光在PPC中运行则是从圆偏振态逐渐变化为线偏振态，或相反，其相位因子发生连续的复杂的变化。根据专利申请书91107430.9，带有二PPC的陀螺环组件的相位因子可表为下列积分式cxp{j[∫T0π(1+4Q2)1/2dz]}Q＝Q0{0.5+0.5cos(πZ/l1)}y， 0≤Z≤l1Q＝O， l1≤Z≤l1+LQ＝-Q0{0.5-0.5cosπ[Z-(l1+L)]/l2]}y，l1+L≤Z≤l1+L+l2式中Q＝Lb/Ls，其分子和分母分别为光纤拍波长和旋距，Q0≥10，l1和l2分别为两个PPC的光纤长度，L是陀螺环的光纤长度。积分上限T是带二PPC的陀螺环组件的全长，对顺逆时针环行的两束光分别为T＝l1+L+l2和T＝l2+L+l1(和后者相应的上式中l1和l2亦交换)，即两束光的相位变化相等。这一结果对于陀螺应用特别重要。
在带有二PPC的陀螺环无接点组件中，可在此组件制成之后将陀螺环光纤一个尾端的小段光纤绕在用钛酸锆铅(PZT)材料作成的柱体上，成为能调整陀螺环工作点的相位调整器。此相位调整器在光路中不引入实际的接点，对两束环行光所产生的附加相位因子亦同，故亦不影响陀螺效应。
由于射入带有二PPC的陀螺环组件的两束光均要求为圆偏振光，故本专利申请所揭示的全光纤陀螺系统，其中两个光纤定向耦合器都要求工作于圆偏振态，并同样要求对圆偏振光起分束合束作用同时将合成圆偏振光耦合到检测器。耦合器组件及其各光纤臂均工作于圆偏振态，这亦是本项发明有别于已有其它各种光纤陀螺系统的一个重要特点，因为，如前所述，已有光纤陀螺系统全部都只采用线偏振态。
关于工作在圆偏振态的光纤器件，涉及一些新的理论和技术问题，已往没有人研究，或研究得很少。由于本项发明的实际需要，在本专利申请书中亦包括了关于制造圆偏振态定向耦合器的思想。
原则上，将常规光纤加以熔合而制成的常规定向耦合器，既可用于线偏振光功率之间的耦合，同时亦可用于圆偏振光功率之间的耦合。但此种常规光纤定向耦合器不能保证光在通过器件的过程中其偏振态保持不变。特别是在器件较长的情况下，由于常规光纤所固有的偏振态不稳定性，从光纤臂输出的光可取任何偏振态，且此偏振态因环境条件的改变而改变。为此，全光纤陀螺系统中若使用常规光纤定向耦合器，则其光纤臂越短越好。
利用所谓“保偏耦合器”进行圆偏振光功率的耦合，当然不行，因为现有的所谓“保偏耦合器”全是指保持主轴上线偏振态(而非保持圆偏振态)的耦合器。如将此种耦合器用于圆偏振光，则反而麻烦，使得通过耦合器的光，其偏振态变得杂乱无章，无法控制。
完成圆偏振光功率耦合的理想方案是采用特种“保圆光纤”(即保持圆偏振光的光纤)。
一种较简便的折衷方案，是将常规光纤定向耦合器的光纤臂在强度限制下加以冷状态旋扭，以保持光纤臂中的光处于圆偏振态。
在陀螺系统的部分光路中使用圆偏振光，虽需解决有关保持圆偏振态稳定性的技术问题，如上所述，但也带来若干实际上颇为有利的特点。特别是，在光路中各元件之间的互连方面，不存在像线偏振态光路中接点两边要求主轴对准那样的麻烦问题。图1所揭示的全光纤陀螺系统，其中定向耦合器组件和各个PPC的实际连接在技术上都不成问题，因为接点两边的光都处于圆偏振态。
在耦合结构完全不受环境变化影响的理想情况下，陀螺系统中的两个定向耦合器可省去一个，即只用一个定向耦合器既起分束与合束作用，又留有一臂与检测器接连。不过，在此情况下，顺逆环行的两束光在单个定向耦合器中所取的光路不同，因而引入一额外的相位差，其值随环境条件的改变而表现为相位噪声。由于这个原因，在全光束陀螺系统中采用两个定向耦合器就更好，这样就使两束顺逆环行光所取的光路完全一样。
本专利申请所揭示的全光纤陀螺系统，其中所用的两个定向耦合器，除工作于圆偏振态的特点外，另一特点是二器件系直接串联，中间不接单偏器一类的器件。工艺上，二串联定向耦合器可一次性完成，不含实际的接点。如前所述，在使用常规光纤定向耦合器的情况下，耦合器的尾纤以及二耦合器间的连纤都加以冷旋扭，使之起保持圆偏振态的作用。
剩下的问题是光源问题。从减小相位噪声考虑，光源用超辐射发光二极管SLD。此种光源一般为线偏振光输出，故在光源尾纤端需接上一PPC0(脚标0表示输出圆偏振光)。根据中国专利申请书91107430.9中所揭示的原理，PPC0给出圆偏振光的条件是，从光源射入PPC0的线偏振光应处于PPC0不旋端的一个主轴上。为此，在将PPC0的入射端(即不旋端)接到光源尾纤上时，就需要对光纤的方位关系进行调整。此项调整甚易用监视输出功率的方法进行。
尾纤上接有PPC0的光源组件，它在全光纤陀螺系统中有一个附带的好处，即所接的PPC0对反射回光源的光起着隔离器的作用。这是因为，从第一个光纤定向耦合器入端反射回来的圆偏振光在逆反向通过PPC0之后，又变换为线偏振光，但其偏振方向则与光源原来射出的线偏振光的方向互相垂直。
本专利申请所揭示的基本思想，亦即使光的偏振态自动稳定的思想，不仅适用于光纤陀螺(即Sagnac干涉仪)，同样也适用于其它类型的光纤干涉仪、诸如Mcah-Zhender光纤干涉仪、Michelson光纤干涉仪和Fabry-Perot光纤干涉仪，如图6、7、8所示。图中诸符号所代表的意义已如前述。图8中示部分反射面PR与全反射面TR所形成的Fabry-Perot光纤腔。图6、7、8中的PPC0和PPC是产生偏振态正反两种变换的无源光纤偏振态控制与变换器，前者是将线偏振光变换为圆偏振光，后者则相反，是将圆偏振光变换为线偏振光。三种光纤干涉仪(Mach-Zhender，Michelson和Fabry-Perot)的工作原理和相应的常规干涉仪的工作原理完全相同。本专利申请所揭示的上述三种光纤干涉仪(如图6、7、8所示)其共同的结构特征是利用PPC将射到光纤臂中的线偏振光自动稳定在干涉仪光纤臂的主轴上，从而避免了常规光纤干涉仪所要求解决的接点两边主轴对准的难题。
在前已引述的各发明专利、待批专利和专利申请中，揭示了制造PPC及PPC组件的两种工艺方法。一种方法是在光纤拉丝中以变转速旋扭双折射予制棒。另一种方法是以双折射光纤为原材料，用一沿光纤长度作直线运动的微加热器对光纤进行局部加热，同时用一变速马达旋扭局部被加热的光纤。在本专利申请中将专门揭示用上述两种工艺方法制造光纤陀螺和其它光纤干涉仪中各PPC和PPC组件的具体工艺步骤及一些重要细节。
制造PPC组件，如同制造PPC单元一样，其PPC部分的结构参数之取值均可归结为，光纤不旋拍波长与其快旋端旋距之比等于或大于10，且组件中PPC部分的光纤全长和拍波长之比是在102量级。在结构参数满足此二项要求的情况下，所制成的PPC其控制和变换偏振态的功能接近于理想，有关设计图表和特性曲线均示于前引的各项专利、待批专利和专利申请书中。若所制器件未达到上述两项(或其一)对结构参数的要求，但距要求并不甚远，则所制器件的性能虽不理想，但近似地仍具有对偏振态进行控制和变换的功能。结构参数取不同值时，有关性能曲线和理想曲线之间的偏差亦均示于前引的各专利书中。
PPC及PPC组件对工艺制造方面的要求既严也宽。严的是要求旋扭光纤的转速需达到非常规的高度。但此高转速持续的时间甚为短暂，而不是长时间持续进行，故在工艺上仍为实际可行。利用对光纤进行特慢拉丝的方法，可有效地降低对旋转高速的要求。工艺方面的一个特别有利之点是，从高转速到低转速直到不旋扭的全过程或相反的全过程，只要求转速缓慢连续变化，而不要求转速按某一规定的函数变化，这个工艺要求当然是少有的宽。
上述两种制造PPC和PPC组件的工艺方法，要求不同的工艺设备。第一种方法，即以予制棒为原材料的方法，可利用常规的光纤拉丝塔，只需在塔的顶部安装一旋扭予制棒用的变速马达即可。第二种方法，即以双折射光纤为原材料的方法，则要有一专门的工艺设备。本专利申请中图5揭示了此种设备的原理性结构，图中各注字所代表的意义如前所述。从外观看，此种设备很像是尺寸按比例缩小了的光纤拉丝塔，但实际上，两者在结构上并不完全一样，例如，光纤拉丝塔中的加热器(如石墨炉)是固定不动的，但图5中的微加热器则是可沿光纤长度作直线运动的装置。图5中所示设备，是将一段光纤固定在垂直方向进行加工。显而易见，将此种设备横放亦无不可，即将一段光纤固定在水平方向进行加工。
在本专利申请书中，揭示了所发明的光纤偏振态无源自动稳定的构思，以及在一光纤系统中不限于仅用一种偏振态，而可随机应变兼用不同偏振态的思想，同时，还揭示了所创造的光纤陀螺(即Sagnac干涉仪)和其它三种光纤干涉仪的新颖结构。但本发明构思之应用则具有普遍意义，不限于陀螺和它种干涉仪。凡光纤系统或其一部分光路要求稳定偏振态者，均可利用本发明所揭示的方法予以实现。因此，基于本发明构思而可显而易见得出的推理和应用，亦属本发明之权利要求范围。
权利要求
1.一种偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺系统，其特征是，该系统包含一光源、一光纤定向耦合器组件，和两端均带有无源光纤偏振态控制与变换器(PPC)的陀螺环。
2.按权利要求1所述的偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺系统，其特征是，该系统中所用的光源为线偏振超辐射发光二极管SLD，在其尾纤外端接有无源光纤偏振态控制与变换器(PPCO)，此变换器的光纤结构是其输出端为快旋端，从而发射出圆偏振光。
3.按权利要求1所述的偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺系统，其特征是，该系统中两个定向耦合器及其各光纤臂均工作于圆偏振态，它们是直接串连而成的组件，二者之间不插入单偏器或其它光纤器件。
4.按权利要求1所述的偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺系统，其特征是，该系统中只用一个定向耦合器，它既起分束与合束的作用，同时又将合成光耦合到检测器。
5.按权利要求1所述的偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺系统，其特征是，该系统中的陀螺环是用保偏光纤绕成，其两个端头均连有外端为快旋端的无源光纤偏振态控制与变换器(PPC)。
6.按权利要求1所述的偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺系统，其特征是，该系统中的陀螺环是用保偏光纤绕成，其两个端头均连有外端为快旋端的无源光纤偏振态控制与变换器(PPC)，且陀螺环加上两端PPC共三个元件在工艺上是一次性完成的无接点光纤组件。
7.按权利要求5、6所述的偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺系统，其特征是，所述的陀螺环组件中含有一相位调整器，此器件是由陀螺环光纤的一小段尾纤绕在钛酸锆铅(PZT)材料的柱体上制成，在陀螺环组件中不引入实际的接点。
8.按权利要求3所述的偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺系统，其特征是，所述的定向耦合器组件主通光纤是同一光纤的前后两段，在制作耦合器工艺过程中不切断，从而构成中间无实际接点的二定向耦合器串连组件。
9.按权利要求3所述的偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺系统，其特征是，所述的定向耦合器组件所含两个定向耦合器均系用常规光纤制成，各端的光纤臂，包括连接二耦合器的无接头光纤段，均系在冷状态下将光纤进行旋扭处理而成。
10.按权利要求3所述的偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺系统，其特征是，所述的定向耦合器组件所含两个定向耦合器均系用圆偏振态保持光纤制成。
11.按权利要求1所述的偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺系统，其特征是，该系统中所含的所有无源光纤偏振态控制与变换器PPC，其结构参数的取值均可归结为双折射光纤不旋拍波长与旋距之比等于或大于10，且制成PPC器件的光纤全长与此拍波长之比是在102量级。
12.一种偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺系统的制造工艺方法，其特征是，上述的无源光纤偏振态控制与变换器(PPC)和PPC组件是变速旋扭光纤而制成。
13.按权利要求12所述的全光纤陀螺系统制造工艺方法，其特征是，制造所述的无源光纤偏振态控制与变换器(PPC)所用的原始材料不是双折射预制棒，而是已经拉好的双折射光纤，用一微加热器沿光纤长度移动，同时用一变速马达对局部被加热的光纤进行旋扭。
14.按权利要求13所述工艺方法，其特征是，制备两端带有PPC的陀螺环采用在陀螺环光纤首尾两段利用移动微加热器进行局部加热的同时对此被局部加热的光纤进行变速旋扭而成。
15.按权利要求12所述的全光纤陀螺系统制造工艺方法，其特征是，制备所述的带有二PPC的无接点陀螺环三元件组件，其制造工艺方法的特征是在光纤被拉丝过程中以变转速旋转双折射预制棒，从所规定的高转速逐渐降到零，从而拉制成陀螺环一端所连的第一个无接点PPC，然后不旋扭予制棒而继续不间断地进行保偏光纤的拉丝，一直拉到陀螺环所要求的长度，并适当留有余地，即多拉一段光纤以供拉丝工艺全部完毕后在陀螺环的一头绕制一无接点相位调整器之用，最后则再以变转速但在逆旋转方向旋扭予制棒，从零转速逐渐上升到高转速，即拉制成陀螺环另一端所连的第二个无接点PPC，从而完成整个三元件陀螺环组件。
16.一种制造偏振态无源自动稳定的全光纤陀螺系统的工艺设备，其特征是，它包含一个旋扭光纤的变速马达，一个可沿光纤长度移动的微加热器，以及两个将光纤被加工段加以固定的环帽状紧缩头(或固定头)，其中一个紧缩头的中心线可让光纤通过。
17.一种偏振态无源自动稳定的Mach-Zehnder干涉仪传感器系统，其特征是，该系统包含一线偏振光源，接以将线偏振光变换为圆偏振光的PCC0;还包含两个先后分别起分束与合束作用的光纤定向耦合器，后一耦合器的二输出端均接上检测器;以及接在二定向耦合器之间的二光纤臂，其中一为传感臂，另一为参考臂，且每一光纤臂的两头均带有PPC，使二光纤臂中的线偏振光束均自动稳定在光纤主轴上。
18.一种偏振态无源自动稳定的Michelson干涉仪传感器系统，其特征是，该系统包含一线偏振光源接一PPC0将线偏振光变换为圆偏振光，射入一个既起分束也起合束作用的光纤定向耦合器，其二输出端接上二光纤臂，其中一为传感臂，另一为参考臂，且每一光纤臂的近光源头均带有PPC，而其远光源端则系反射面，使在二光纤臂中正向运行和反射回来的光束均系自动稳定在光纤主轴上的线偏光，且反射回来的二光束通过PPC变换为圆偏振光，再通过定向耦合器进行合成和干涉，为检测器所接收。
19.一种偏振态无源自动稳定的Fabry-Perot干涉仪传感器系统，其特征是，该系统包含一线偏振光源，接一PPC。将线偏振光变换为圆偏振光，射入一定向耦合器，其一个输出端接上带有PPC的光纤传输线，此传输线末尾一段光纤的前后两端横截面分别为部分反射面和全反射面，从而构成起传感作用的Fabry-Perot光纤腔，从此光纤腔在反方向透过部分反射面射出的光再通过PPC和光纤定向耦合器而为检测器所接收。
20.按权利要求17所述的Mach-Zehnder光纤干涉仪所包含的端头上各带PPC元件的两个光纤臂，其特征在于，在利用变速旋转予制棒的方法制作第二个PPC元件时，其旋转和制作第一个PPC元件时取相同方向，或均为顺时针或均为逆时针。
21.按权利要求18和19所述的光纤Michelson干涉仪和Fabry-Perot干涉仪所包含的仅一个端头上带有PPC元件的各光纤臂，其工艺制造方法的特点是在光纤拉丝过程中以变转速旋转双折射予制棒，从所规定的高转速逐渐降到零，然后不旋转予制棒而继续不间断地进行拉丝，一直拉到光纤臂所需的光纤长度。
22.按权利要求5、6、17、18、19所述的系统中带有PPC元件的陀螺环和光纤臂，其特点是工艺制造所用的原材料不是双折射予制棒，而是双折射光纤。
全文摘要
本专利申请将揭示一种简单、成本低，而又实用的全光纤陀螺结构，其中使用若干个无源光纤偏振态控制与变换器(PPC)，使得光在陀螺中各部分都自动地处于稳定的偏振态。陀螺环中顺逆时针运行的光束均处于线偏振态，且依助于PPC的作用均自动地稳定在光纤的同一主轴上。从陀螺环出来的两束光分别再通过PPC变为圆偏振光，进行合成和干涉。所揭示的思想既适用于陀螺(即Sagnac干涉仪)，也同样适用于它种干涉仪。
文档编号G01B9/02GK1084283SQ92108559
公开日1994年3月23日 申请日期1992年9月16日 优先权日1992年9月16日
发明者黄宏嘉 申请人:黄宏嘉