一种光路结构开环陀螺及其工作方法
【专利摘要】本发明公开了一种光路结构开环陀螺及其工作方法，包括光源，光源通过第一端口纤连接至耦合器，耦合器通过第二端口纤连接至偏振分光器，偏振分光器通过第三端口纤和第四端口纤连接至光纤环，还包括探测器，探测器通过第五端口纤连接至耦合器，所述光纤环中设有相位调制器。本发明无需细径特种光纤，也不需要高精密的在线制作光器件的平台，大大降低产品组装工艺难度，在保证产品精度的同时提高了产品的可靠性，为开环陀螺的市场普及奠定了基础。
【专利说明】
一种光路结构开环陀螺及其工作方法
技术领域
[0001]本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种光路结构开环陀螺及其工作方法。
【背景技术】
[0002]开环陀螺具有体积小、重量轻、结构简单及相对优异的性能在中低精度领域具有广阔市场潜力。
[0003]目前采用开环结构的单光纤光纤陀螺原理如图1所示，它的工作过程是:在线耦合的SLD光源发出的光经光源親合器分光后，有一半的光进入偏振器，并产生单模单偏振态的光。起偏后的光进入光纤环親合器，被分成顺时针方向和逆时针方向的两束光满足相干条件，并在光纤环中传播。当光纤环绕其中心轴发生转动后，产生了 Sagnac效应，从而使在光纤环耦合器处的干涉光强发生变化。由在线耦合的光电探测器PIN芯片检测出变化的光强，经处理后便得到转动角速度。在光路中加入了相位调制器PZT。经过调制、解调后，该系统得到了能区分正反转的线性化输出。但是经典开环方案光路制作复杂，加工工艺不成熟，需要高成本的专用设备，，制作出的偏振器消光比只有26dB，导致陀螺系统精度偏低，而在线耦合的光电器件耦合效率低下，为提高系统信号信噪比需要加大光源的驱动电流，直接导致陀螺系统功耗过大，限制了其行业应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种光路结构开环陀螺及其工作方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明无需细径特种光纤，也不需要高精密的在线制作光器件的平台，大大降低产品组装工艺难度，在提高产品精度的同时提高了产品的可靠性，为开环陀螺的市场普及奠定了基础。
[0005]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]—种光路结构开环陀螺，包括光源，光源通过第一端口纤连接至耦合器，耦合器通过第二端口纤连接至偏振分光器，偏振分光器通过第三端口纤和第四端口纤连接至光纤环，还包括探测器，探测器通过第五端口纤连接至耦合器，所述光纤环中设有相位调制器。
[0007]进一步地，所述光源为SLD光源。
[0008]进一步地，所述偏振分光器为铌酸锂Y波导光学器件。
[0009]进一步地，所述耦合器为微光学耦合器或拉锥耦合器。
[0010]进一步地，所述第一端口纤、第二端口纤、第三端口纤、第四端口纤以及第五端口纤均为包层为80μηι或125μηι的熊猫保偏光纤。
[0011 ]进一步地，所述光源采用同轴封装或蝶型封装;所述探测器采用同轴封装。
[0012]—种光路结构开环陀螺的工作方法，光源发出的光经親合器后直接进入偏振分光器，经过偏振分光器后，产生两束偏振态和光强相同的光进入到光纤环并以顺时针和逆时针方向相向传播，这两束光满足相干条件，当光纤环绕其中心轴发生转动后，在偏振分光器处的干涉光强发生变化，由探测器检测出变化的光强，经处理后得到转动角速度。
[0013]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0014]本发明采用偏振分光器取代原有偏振器和耦合器的功能，而现有技术中偏振器和耦合器需要在线拉锥和晶体生长，需求设备复杂高昂，工艺难度大，成品率低，其拉锥结构也决定其耐冲击性能差，存在固有3dB插损等缺陷，本发明整个光路系统偏振分光器消光比高达35dB以上，在减少光路系统器件数目的基础上大幅降低了偏振串音对陀螺精度的影响，同时减少了干涉后的信号光3dB插损，本发明采用分立小型化器件在降低系统插损的基础上实现了易组装，易维护，低功耗，高可靠，高精度等特性，不需要高精密的在线制作光器件的平台，大大降低产品组装工艺难度，在保证产品精度的同时提高了产品的可靠性，为开环陀螺的市场普及奠定了基础，同时本发明在产品组装或使用环节出现问题时可方便拆卸更换，产品一致性好，克服了现有技术中单光纤光路出现问题无法维修，必须所有光路结构重新制作，难度大，成本高的问题。
[0015]进一步地，本发明采用铌酸锂Y波导工艺器件实现起偏和分光功能，铌酸锂Y波导工艺成熟，产品可靠性高，具有消光比高(35dB)，耐冲击(100G)，插损小等特点。
[0016]进一步地，本发明耦合器除可用微光学耦合器外，也可采用拉锥耦合器，避免现有技术中的3dB光强损失，提高系统的信噪比。
[0017]进一步地，本发明中光纤采用技术工艺成熟的包层为80μπι或125μπι的熊猫保偏光纤，偏振串音小，成本低，配套设备齐全，而现有技术中采用40μπι椭圆光纤，生产难度大，成本高，加工配套设备需定制，不利于规模生产。
[0018]进一步地，本发明的光源可采用同轴封装或蝶型封装等多种形式光源，光强，结构等参数易于调节，可靠性高，批次性好，现有技术仅限于裸芯片耦合光源，需要特种设备，耦合难度大，批量生产一致性差，且裸光源结构在恶劣环境下有易失效等缺陷;本发明的探测器可选用同轴封装，可靠性高，抗电磁干扰，产品一致性好，现有技术采用单纤在线耦合探测器芯片，操作难度大，可靠性差。
[0019]本发明方法工作方法利用微光学親合器和偏振分光器取代原有拉锥式三个光器件方案，在光路结构上减少了 6dB的光强插损，同时器件保证了高消光比的信号光产生与传输，大大提高了系统的信噪比与精度。
【附图说明】
[0020]图1是目前采用开环结构的单光纤光纤陀螺原理图；
[0021]图2是本发明的光路结构开环陀螺原理图。
[0022]其中，1、第一端口纤；2、第二端口纤；3、第三端口纤;4、第四端口纤；5、第五端口纤。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明作进一步详细描述:
[0024]参见图2，一种光路结构开环陀螺，包括SLD光源，光源采用同轴封装或蝶型封装，SLD光源通过第一端口纤I连接至耦合器，所述耦合器为微光学耦合器或拉锥耦合器，耦合器通过第二端口纤2连接至偏振分光器，所述偏振分光器为铌酸锂Y波导工艺制作器件，偏振分光器通过第三端口纤3和第四端口纤4连接至光纤环，还包括探测器，探测器采用同轴封装，探测器通过第五端口纤5连接至耦合器，所述光纤环中设有PZT相位调制器，第一端口纤1、第二端口纤2、第三端口纤3、第四端口纤4以及第五端口纤5均为包层为80μπι或125μπι的熊猫保偏光纤，且第一端口纤1、第二端口纤2、第三端口纤3、第四端口纤4以及第五端口纤5均为用于连接端口的光纤。
[0025]—种光路结构开环陀螺的工作方法，光源发出的光经親合器后直接进入偏振分光器，经过偏振分光器后，产生两束偏振态和光强相同的光进入到光纤环并以顺时针和逆时针方向相向传播，这两束光满足相干条件，当光纤环绕其中心轴发生转动后，在偏振分光器处的干涉光强发生变化，由探测器检测出变化的光强，经处理后得到转动角速度。
[0026]下面对本发明的实施过程作进一步详细说明:
[0027]本发明的开环光纤陀螺原理如图2所示。它的工作过程是:光源SLD发出的光经光源耦合器进入偏振分光器，它产生单模单偏振态的光并分为等光强等偏振态的进入光纤环，并在光纤环中相向传播，分成顺时针和逆时针方向的两束光满足相干条件。当光纤环绕其中心轴发生转动后，产生了 Sagnac效应，从而使在偏振分光器处的干涉光强发生变化。由光电探测器PIN检测出变化的光强，经处理后便得到转动角速度。为了提高检测系统的灵敏性，在光路中加入了相位调制器ΡΖΤ。经过调制、解调后，该系统得到了既灵敏度高，同时又能区分正反转的线性化输出。
【主权项】
1.一种光路结构开环陀螺，其特征在于，包括光源，光源通过第一端口纤(I)连接至耦合器，耦合器通过第二端口纤(2)连接至偏振分光器，偏振分光器通过第三端口纤(3)和第四端口纤(4)连接至光纤环，还包括探测器，探测器通过第五端口纤(5)连接至耦合器，所述光纤环中设有相位调制器。2.根据权利要求1所述的一种光路结构开环陀螺，其特征在于，所述光源为SLD光源。3.根据权利要求1所述的一种光路结构开环陀螺，其特征在于，所述偏振分光器为铌酸锂Y波导光学器件。4.根据权利要求1所述的一种光路结构开环陀螺，其特征在于，所述耦合器为微光学耦合器或拉锥耦合器。5.根据权利要求1所述的一种光路结构开环陀螺，其特征在于，所述第一端口纤(1)、第二端口纤(2)、第三端口纤(3)、第四端口纤(4)以及第五端口纤(5)均为包层为80μπι或125μπι的熊猫保偏光纤。6.根据权利要求1所述的一种光路结构开环陀螺，其特征在于，所述光源采用同轴封装或蝶型封装;所述探测器采用同轴封装。7.—种权利要求1至6任一项所述光路结构开环陀螺的工作方法，其特征在于，光源发出的光经親合器后直接进入偏振分光器，经过偏振分光器后，产生两束偏振态和光强相同的光进入到光纤环并以顺时针和逆时针方向相向传播，这两束光满足相干条件，当光纤环绕其中心轴发生转动后，在偏振分光器处的干涉光强发生变化，由探测器检测出变化的光强，经处理后得到转动角速度。
【文档编号】G01C19/72GK105865435SQ201610272570
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】王辉, 杜鹃, 杨凤, 杨一凤
【申请人】西安中科华芯测控有限公司