一种提高光纤陀螺光路中心波长稳定性的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学设计技术，涉及一种提高光纤陀螺光路中心波长稳定性的方法。
【背景技术】
[0002] 光路装配的质量，尤其是关键器件、关键部位光纤的盘绕会对陀螺的性能(如零偏 稳定性、标度稳定性等)产生影响。经过实验研究发现，当光路中光纤弯曲半径过小时，载波 光信号的中心波长会随温度的变化产生震荡，并且光纤弯曲半径越小，震荡幅度越明显。通 常情况下，光源中心波长随温度的变化是线性的，可以通过补偿的手段来减小甚至消除对 陀螺标度因数的影响。但是由光纤弯曲造成的中心波长震荡是无法补偿的，因此限制了光 纤陀螺标度因数的极限稳定性。
[0003] 另一方面，光纤陀螺未来发展的一个重要趋势是高精度。对于高精度光纤陀螺，由 于其对陀螺性能(尤其是标度稳定性）的苛刻要求，光路盘绕过程中光纤弯曲引起的载波光 中心波长震荡将限制陀螺标度因数的极限稳定性。因此，必须在陀螺设计初期，就应考虑到 光纤盘绕半径造成的影响。然而现有技术在陀螺设计初期不考虑装配过程中的光纤弯曲半 径，而是在后期装配时，试验选取合适的弯曲半径进行装配。然而选取过程不确定因素多， 返工多，产品一致性较差。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的：提供一种装配效率高、返工少，且能够有效提高零偏和标度因数稳 定性的光纤陀螺光路装配定量设计方法。
[0005] 本发明的技术方案：一种提高光纤陀螺光路中心波长稳定性的方法，其通过分析 单模光纤弯曲引起的传输光场的变化，建立光纤弯曲半径、外界环境温度、传输光中心波长 振荡幅值之间的理论模型，通过数值模拟和分析得到传输光的中心波长在不同弯曲半径的 传输光纤中传输的振荡现象，通过可容忍的最大的传输光中心波长振荡幅值确定光纤最小 弯曲半径，从而有效提高光纤陀螺光路中心波长稳定性。
[0006] 所述的提高光纤陀螺光路中心波长稳定性的方法，其具体步骤如下：
[0007] 步骤1 :建立中心波长与外界环境温度的理论模型
[0008] 单模光纤弯曲时，纤芯中的光因不满足全反射条件，将有部分光泄漏至包层和涂 覆层中，形成WG模，WG模光在包层中经过光程Lp L2，而纤芯中传播光的光程为Z，根据两 束光的相位差确定传输光场，并进一步得到光强，利用波长与光强的关系，建立中心波长与 外界环境温度的理论模型，具体如下：
[0009]
【主权项】
1. 一种提高光纤陀螺光路中心波长稳定性的方法，其特征在于，通过分析单模光纤弯 曲引起的传输光场的变化，建立光纤弯曲半径、外界环境温度、传输光中心波长振荡幅值之 间的理论模型，通过数值模拟和分析得到传输光的中心波长在不同弯曲半径的传输光纤中 传输的振荡现象，通过可容忍的最大的传输光中心波长振荡幅值确定光纤最小弯曲半径， 从而有效提1?光纤陀螺光路中心波长稳定性。
2. 根据权利要求1所述的提高光纤陀螺光路中心波长稳定性的方法，其特征在于，具 体步骤如下： 步骤1 :建立中心波长与外界环境温度的理论模型 单模光纤弯曲时，纤芯中的光因不满足全反射条件，将有部分光泄漏至包层和涂覆层 中，形成WG模，WG模光在包层中经过光程LpL2，而纤芯中传播光的光程为Z，根据两束光的 相位差确定传输光场，并进一步得到光强，利用波长与光强的关系，建立中心波长与外界环 境温度的理论模型，具体如下：
其中，△ 为传输光中心波长变化率，T为环境温度，X。（T)宽谱光源的中心波长； 步骤2 :采集传输光纤不同弯曲半径下的光谱 采集不同尾纤弯曲半径下掺铒光纤光源光谱，并将该光谱带入理论模型中进行计算， 得到不同弯曲半径下的中心波长变化情况； 步骤3 :拟合不同弯曲半径的波长振荡幅值 将步骤2中所采集的不同弯曲半径下的波长振荡幅值进行拟合，确定光纤弯曲半径与 中心波长振荡峰峰值之间的关系曲线； 中心波长振荡幅度的对数与弯曲半径呈线性关系，拟合表达式如下： Iog(PP) = -273. 7148R+8. 7281 (10) 步骤4 :确定最小弯曲半径 根据拟合得到的光路中传输光中心波长振荡幅度的对数与传输光纤弯曲半径的关系， 通过陀螺零偏稳定性和标度因数稳定性的要求得到传输光中心波长振荡幅度的要求，传输 光纤最小弯曲半径。
3. 根据权利要求2所述的提高光纤陀螺光路中心波长稳定性的方法，其特征在于，在 光纤陀螺的装配过程，根据计算得到的传输光纤最小弯曲半径来指导光纤陀螺装配。
4. 根据权利要求2所述的提高光纤陀螺光路中心波长稳定性的方法，其特征在于，在 光纤陀螺设计之初，从陀螺系统指标中分解得到传输光中心波长振荡的幅度，计算出允许 发生的传输光纤最小弯曲半径，在结构设计时，进行光纤弯曲半径的定量设计，使结构允许 的所有器件尾纤弯曲半径均大于最小弯曲半径计算值，进而保证光纤陀螺中心波长的稳定 性。
【专利摘要】本发明属于光学设计技术，涉及一种提高光纤陀螺光路中心波长稳定性的方法。本发明提高光纤陀螺光路中心波长稳定性的方法通过分析单模光纤弯曲引起的传输光场的变化，建立光纤弯曲半径、外界环境温度、传输光中心波长振荡幅值之间的理论模型，通过数值模拟和分析得到传输光的中心波长在不同弯曲半径的传输光纤中传输的振荡现象，通过可容忍的最大的传输光中心波长振荡幅值确定光纤最小弯曲半径，从而有效提高光纤陀螺光路中心波长稳定性。本发明在光纤陀螺装配过程中通过控制光纤最小弯曲半径，提高光纤陀螺零偏和标度因数稳定性，从而提高装配效率、减少返工。
【IPC分类】G01C19-72
【公开号】CN104713540
【申请号】CN201310675493
【发明人】谢良平, 万洵, 李 瑞
【申请人】中国航空工业第六一八研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月11日