低损耗光学陀螺仪装置的制造方法
【专利说明】低损耗光学陀螺仪装置
[0001] 对相关申请的引用
[0002] 本专利文件要求2013年6月11日在美国临时专利申请的专利号为No.61/833,633 的题为"低损耗光学巧螺仪装置"的优先权益。上述提及的专利申请的全部内容通过引用并 入本文作为公开内容的一部分。
[000；3]背景
[0004] 本专利文件设及光学巧螺仪光学角度传感。角度传感应用广泛，包括如导航、动作 传感、运动控制，包括物体稳定控制、游戏机控制器、掌上设备，如智能手机等。光学巧螺仪 测量原理是利用两束反方向传播的光束由于转动引起的干设图像的变化来测量转动。许多 光学干设仪是基于光学Sagnac干设装置的，包括各种干设型光纤巧螺仪(IFOGs)。运种光学 巧螺仪的设计没有运动部件，从而不会有摆动和运动部件的巧螺仪的磨损因素。光纤巧螺 干设仪已经被商业化和大规模生产，可用于各种军事和民用领域的应用中，包括对飞机、船 蔚白、和陆地车辆中精密旋转速度和旋转角度的检测。
[0005] 图.1分别显示了基于在自由空间反射的光环路和光纤环形成的Sagnac干设仪的 光巧螺。图.1中的Sagnac干设仪采用一个输入分束器(BS1)接收Sagnac干设仪的输入光，并 引导返回的光从Sagnac干设仪进入光电探测器(PD)来检测Sagnac干设仪的干设信号。第二 个分束器(BS2)禪合到Sagnac干设仪的光学回路，如图所示，产生两个反方向传播的光束。 把一个光学偏振片(起偏器)放在两个分束器(BS1和BS2)之间，确保第二个分束器两束禪合 进光纤环的偏振光光束光功率相等。第二个分束器把入射光在光学回路中分成两束同等偏 振态的反方向传播的光束，由于两束光有同样的偏振态，它们在同一分束器(BS2)重组相互 干设。在BS2的部分重组光与光干设信息被引导到第一个分束器(BSl)，它使重组光的一部 分进入光电探测器进行检测。为了增加灵敏度和可靠性，运个光环路可W设计成一个很长 的回路，例如，用一个相对较长的光纤环(几百到几千米的光纤)来形成光学回路。
【发明内容】
[0006] 本文件包括低损耗光学巧螺仪设计。基于光学干设设备的光学巧螺仪装置和方法 被用来减少光损耗和增强设备能源效率。在一个设计中，光学巧螺仪采用了光偏振控制，W 减少进入及离开光环路时的光学损耗。
[0007] 本设计提供的一种使用光学巧螺仪传感光环路进行角度传感的方法。该方法包括 使用一个第一个光学偏振选择设备去接收输入光偏振器中的输入光偏振光，并使输出光没 有大的损耗;使用一个偏振旋转装置接收来自第一个偏振选择设备的输出光，并将所接收 光的偏振方向旋转45度形成偏振旋转光;使用一个第二个光学偏振选择器接收来自偏振旋 转器的偏振旋转光，偏振旋转器将偏振旋转光分为两束不同偏振方向的光，第二束光与第 一束光的偏振方向相互正交;将一个光环路通过第二偏振选择器将第一束光禪合进入光环 路的第一端口，并沿着第一方向传输;通过第二偏振选择器将第二束光禪合进入光环路的 第二端接口，并沿着与第一束光方向相反的第二方向进行传输;设置光环路和第二个光偏 振选择设备，使来自光环路并在光环路传播后的第一和第二个光束能够重新汇合形成一个 返回光束，并再次通过偏振旋转器和第一偏振选择设备，形成携带了光环路的转动信息的 第一个光偏振选择设备输出光;通过对偏振旋转器和偏振选择设备进行设置，使得相向传 输的两束光偏振方向相一致，所W在运个传输过程中光的损耗很小;使用一个光学探测器 接收第一个光偏振选择设备的输出光，并根据运个返回输出光产生一个检测信号;处理该 检测信号来提取光环路所感受的旋转。
[000引另一个方案，一种通过传感光环路感受旋转的光学巧螺仪，包括一个第一个光学 偏振选择设备，去接收输入偏振光中的输入光，并产生没有大的损耗的输出光;一个位于巧 螺仪中的偏振旋转器接收来自第一偏振选择设备的输出光，并将所接收光的偏振方向旋转 45度来产生偏振旋转光;一个位于巧螺仪中的第二个光偏振选择器接收来自偏振选择器的 偏振旋转光，并将偏振旋转光分为两束偏振方向相互正交的光;一个光环路的第一端与第 二个偏振选择器禪合接收第一种传播方向的光束，第二端与第二个偏振选择器禪合接收与 第一束传播方向相反的第二束光;光环路和第二个光偏振选择器被设置成，使来自光环路 传播后的第一和第二个光束能够重新结合，形成携带着光环路所经历的旋转信息的返回光 束，运一束偏振光通过偏振旋转器到达第一个光偏振选择设备，将返回的光束作为输出光 束;一个位于巧螺仪里的光学探测器接收第一个光偏振选择设备的输出光，根据返回输出 光构造产生一个检测信号；一个信号处理单元处理检测信号提取光环路所经历的旋转信 息。
[0009] 上述各方面的说明和要求与它们的实施方案在附图中有更详细的描述。
[0010] 附图的简要说明
[0011] 图1展示了基于自由空间元器件搭建的干设仪的光学巧螺仪设计。
[0012] 图2展示了基于光纤干设仪的光学巧螺仪设计。
[0013] 图3展示了基于一种低损耗的光学巧螺仪的基本设计。
[0014] 图4A和4B例举了另一种使用两个偏振分光棱镜的低损耗光学巧螺仪设计。其中 图.4A使用立方体型偏振分束棱镜(偏振分束器)实现低损耗光纤巧螺(FOG)的一个说明。可 W W-个忍片大小光源集成在虚线框内部，W减少体积和造价。在运种情况下，没有保偏光 纤尾纤对光源的要求。图.4B:偏振分束器和波片的相对取向。偏振分束器2 (PBS2)和PBSl有 相同的方位(x，y)，波片的慢轴和快轴(s，f)很好的W45度角与PBS的光轴对准。如果使用了 法拉第旋转器，那么它在(x，y)平面的方位并不需要确定。为了有更好的性能，两个偏振光 纤尾纤可W用来代替运两个保偏光纤尾纤。
[0015] 图5A和5B例举了另一种使用一个偏振分光棱镜和一个渥拉斯顿棱镜低损耗的光 学巧螺仪设计。其中图5.A:实现第二种低损耗光纤巧螺(FOG)的说明。也可W W-个忍片大 小光源集成在虚线框内部，W减少体积和造价。在运种情况下光源对保偏光纤尾纤没有要 求。图5. B:渥拉斯顿棱镜和波片与PBSl的相对取向。PBSl和渥拉斯顿棱镜具有相同的方位 (x，y)，波片的慢轴和快轴(s，f)很好的W45度角与PBS的光轴对准。如果使用了法拉第旋转 器，那么它在(x，y)平面的方位并不需要确定。为了有更好的性能，两个偏振光纤尾纤可W 用来代替运两个保偏光纤尾纤。
[0016] 图6A和6B例举了另一种在图5基础上，使用低成本光源的低损耗的光学巧螺仪设 计。其中图6. A:实现第二种无损耗光纤巧螺（FOG)的说明。一个低成本的光盘激光器或 VCS化激光器(垂直腔面发射激光器)可W集成在同一包装内。激光器在低相干长度操作阔 值下很好的运行。图6.B:渥拉斯顿棱镜和波片与PBSl的相对取向。PBSl和渥拉斯顿棱镜具 有相同的方位(X，y )，波片的慢轴和快轴(S，f)很好的W 45度角与PBS的光轴对准。如果使用 了法拉第旋转器，那么它在(x，y)平面的方位并不需要确定。为了有更好的性能，两个偏振 光纤尾纤可W用来代替运两个保偏光纤尾纤。
[0017] 图7A和7B例举了另一种使用两个渥拉斯顿棱镜的低损耗的光学巧螺仪设计。图 7.A:实现第S种低损耗光纤巧螺(P-FOG)的说明。图7.B:两个渥拉斯顿棱镜和波片与PBS的 相对取向。两个渥拉斯顿棱镜具有相同的方位(x，y)，波片的慢轴和快轴（s，f)很好的W45 度角与渥拉斯顿棱镜的光轴对准。如果使用了法拉第旋转器，那么它在(x，y)平面的方位并 不需要确定。
[0018] 图8例举了另一种在图7A和图7B基础上，使用电光波导忍片进行相位调制的