一种用于光纤环形干涉仪的双晶体相位调制装置及方法与流程

本发明涉及光学移相领域，尤其是一种用于光纤环形干涉仪的双晶体相位调制装置和方法。

背景技术：

光纤环形干涉仪(或称光纤sagnac干涉式)凭借其高灵敏度在光纤陀螺方面得到了成功的应用，其信号检测基于相位调制解调技术。目前，光纤陀螺中应用的主要是基于渡越时间的相位调制方式，受限于本振频率影响，需要额外的技术手段保证时间延迟，对光纤陀螺成本和可靠性都有影响。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种用于光纤环形干涉仪的双晶体相位调制装置及方法，避免出现目前已有相位调制器的本振频率影响缺陷和技术困难，为光纤环形干涉仪提供了一种低成本和高可靠性的光路参考。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明提供了一种用于光纤环形干涉仪的双晶体相位调制装置，所述装置包括光纤环形干涉仪光纤环光路、光纤准直器a、偏振片a、法拉第旋光器a、电光晶体器件a、电光晶体器件b、法拉第旋光器b、偏振片b及光纤准直器b；

所述电光晶体器件a、电光晶体器件b互成90°排列，在电光晶体器件a外侧设有法拉第旋光器a，在法拉第旋光器a外侧设有偏振片a，在偏振片a外侧设有光纤准直器a；在电光晶体器件b外侧设有法拉第旋光器b，在法拉第旋光器b外侧设有偏振片b，在偏振片b外侧设有光纤准直器b；所述光纤准直器a、偏振片a、法拉第旋光器a、电光晶体器件a、电光晶体器件b、法拉第旋光器b、偏振片b及光纤准直器b呈直线排列；利用光纤准直器a或b将光纤环形干涉仪光纤环光路接入法拉第旋光器a或b。

进一步地，所述电光晶体器件a、b中的电光晶体为铌酸锂晶体。

进一步地，两个旋向相反的法拉第旋光器件a、b的旋光角均为45⁰，分别置于电光晶体器件a、b外侧。

进一步地，在所述电光晶体器件a、b上外加调制电压使其产生电致双折射效应。

进一步地，所述法拉第旋光器件a、b的旋向相反，两个互成90°的电光晶体器件a、b位于两个法拉第旋光器件的中间。

进一步地，所述电光晶体器件a、b中的电感应主轴所在的平面与入射光的方向垂直。

本发明另提供了一种用于光纤环形干涉仪的双晶体相位调制方法，包括以下步骤：

s1，利用光纤准直器将法拉第旋光器件接入环形干涉仪，引入光路；

s2，利用偏振片来控制法拉第旋光器件入口处光的偏振方向；

s3，利用两个旋向相反且旋光角均为45°的法拉第旋光器件，分别旋转从光纤环形干涉仪光路中入射的两路偏振方向相同的线偏振光；

s4，控制上述两个法拉第旋光器件的旋光角以及从外部入射其上偏振光的偏振方向，使其出射光的偏振方向分别旋向电光晶体由于电致使双折射而产生的两个电感应主轴方向；

s5，通过外加调制电压的变化来调制电光晶体的电光相位延迟，调制从不同端口通过相位调制器的线偏振光的相位差。

工作过程大致如下：

提供一种利用两个互成90°排列的电光晶体器件，抵消由自然双折射和温度变化引起的相位差；在电光晶体器件的电极上外加调制电压使得电光晶体发生感应双折射；电光晶体电感应主轴所在的平面与入射光的传播方向垂直；再用两个旋向相反且旋光角相同的法拉第旋光器件，分别旋转从光纤环形干涉仪光路中入射的两路偏振方向相同的线偏振光；控制法拉第旋光器件的旋光角以及其上入射偏振光的偏振方向，使其出射光的偏振方向分别旋向电光晶体由于电致双折射而产生的两个电感应主轴方向；通过外加调制电压的变化来调制电光晶体的电光相位延迟，从而使得从不同端口通过相位调制器的线偏振光的相位差受到调制。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：利用电光晶体光轴传光的横向应用，不仅消除了自然双折射的严重影响，克服了因自然双折射受温度影响较大的劣势，特别是相较于单晶体横向应用的相位调制可有效地降低半波电压。

附图说明

图1是本发明的应用示意图。

图2是本发明的结构图。

附图标号：1-光纤环形干涉仪光纤环光路、2-光纤准直器a、3-偏振片a、4-法拉第旋光器a、5-电光晶体器件a、6-电光晶体器件b、7-法拉第旋光器b、8-偏振片b、9-光纤准直器b。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1、2所示，本发明所述装置包括光纤环形干涉仪光纤环光路1、光纤准直器a2、偏振片a3、法拉第旋光器a4、电光晶体器件a5、电光晶体器件b6、法拉第旋光器b7、偏振片b8及光纤准直器b9；

所述电光晶体器件a、电光晶体器件b互成90°排列，在电光晶体器件a外侧设有法拉第旋光器a，在法拉第旋光器a外侧设有偏振片a，在偏振片a外侧设有光纤准直器a；在电光晶体器件b外侧设有法拉第旋光器b，在法拉第旋光器b外侧设有偏振片b，在偏振片b外侧设有光纤准直器b；所述光纤准直器a、偏振片a、法拉第旋光器a、电光晶体器件a、电光晶体器件b、法拉第旋光器b、偏振片b及光纤准直器b呈直线排列；利用光纤准直器a或b将光纤环形干涉仪光纤环光路接入法拉第旋光器a或b。

其中，所述电光晶体器件a、b中的电光晶体为铌酸锂晶体。

两个旋向相反的法拉第旋光器件a、b的旋光角均为45°，分别置于电光晶体器件a、b外侧。

在所述电光晶体器件a、b上外加调制电压使其产生电致双折射效应。

所述法拉第旋光器件a、b的旋向相反，两个互成90°的电光晶体器件a、b位于两个法拉第旋光器件的中间。

所述电光晶体器件a、b中的电感应主轴所在的平面与入射光的方向垂直。

具体实施如下：

首先利用两个旋向相反且旋光角相等的法拉第旋光器件，分别旋转从光纤环形干涉仪光路中入射的两路线偏振光。

光纤环形干涉仪光路中入射的两路线偏振光的偏振方向相同，为了确保入射到本发明所涉及的相位调制器的两路线偏振光与离开相位调制器时保持同样的偏振方向，因此要求上述两个法拉第旋光器件的旋向相反且旋光角相等。

其次，在上述两个法拉第旋光器件中放置互成90°排列的一对电光晶体器件；抵消自然双折射和温度变化引起的相位差；在电光晶体器件的电极上外加调制电压使得电光晶体发生电致双折射；电光晶体感应主轴所在的平面与入射光的方向垂直；控制上述两个法拉第旋光器件的旋光角以及其上入射偏振光的偏振方向，使其出射光的偏振方向分别旋向电光晶体由于电致使双折射而产生的两个感应主轴方向；过外加调制电压的变化来调制电光晶体的电光相位延迟，从而使得从不同端口通过相位调制器的线偏振光的相位差受到调制。

发明所涉及的相位调制器待接入的光纤环形干涉仪的光路是由保偏光纤组成的，相位调制器无需借用外加偏振片的方式，直接将保偏光纤的偏振方向调整好对准相位调制器的接口就可以了。

利用两块制作完全相同的铌酸锂晶体，空间成90°排列。使第一块晶体中的o光进入第二块晶体变成e光，第一块晶体中的e光进入第二块晶体变为o光，只要保证两块晶体长度和宽度完全相同，由自然双折射和温度变化引起的相位差就可以相互抵消，由第二块晶体射出的两光束间，只存在由电光效应引起的相位差。

本发明一种用于光纤环形干涉仪的双晶体相位调制方法，包括以下步骤：

s1，利用光纤准直器将法拉第旋光器件接入环形干涉仪，引入光路；

s2，利用偏振片来控制法拉第旋光器件入口处光的偏振方向；

s3，利用两个旋向相反且旋光角均为45°的法拉第旋光器件，分别旋转从光纤环形干涉仪光路中入射的两路偏振方向相同的线偏振光；

s4，控制上述两个法拉第旋光器件的旋光角以及从外部入射其上偏振光的偏振方向，使其出射光的偏振方向分别旋向电光晶体由于电致使双折射而产生的两个电感应主轴方向；

s5，通过外加调制电压的变化来调制电光晶体的电光相位延迟，调制从不同端口通过相位调制器的线偏振光的相位差。

在两个法拉第旋光器件中放置互成90°排列的一对电光晶体器件，用于抵消自然双折射和温度变化引起的相位差；利用两个旋向相反且旋光角相同的法拉第旋光器件，分别旋转从光纤环形干涉仪光路中入射的两路偏振方向相同的线偏振光；在电光晶体器件的电极上外加调制电压使得电光晶体发生电致双折射；电光晶体器件电感应主轴所在的平面与入射光的方向垂直；控制上述两个法拉第旋光器件的旋光角以及从外部入射其上偏振光的偏振方向，使其出射光的偏振方向分别旋向电光晶体由于电致使双折射而产生的两个电感应主轴方向；通过外加调制电压的变化来调制电光晶体的电光相位延迟，从而使得从不同端口通过相位调制器的线偏振光的相位差受到调制。

其中，一对互成900排列的电光晶体器件，用于抵消自然双折射和温度变化引起的相位差，在外加调制电压下产生电致双折射效应；电光晶体器件电感应主轴所在的平面与入射光的方向垂直。

利用两个旋向相反且旋光角相同的法拉第旋光器件，分别旋转从光纤环形干涉仪光路中入射的两路偏振方向相同的线偏振光；控制上述两个法拉第旋光器件的旋光角以及从外部入射其上偏振光的偏振方向，使其出射光的偏振方向分别旋向电光晶体由于电致使双折射而产生的两个电感应主轴方向；

利用偏振片来控制法拉第旋光器件入口处光的偏振方向。

利用光纤准直器来实现偏光器件接入环形干涉仪。

通过外加调制电压的变化来调制电光晶体的电光相位延迟，从而使得从不同端口通过相位调制器的线偏振光的相位差受到调制。

本发明的工作过程大致如下：

光纤环形干涉仪光路中的一路光由光纤准直器a导入，经过偏振片a后以与电光晶体电感应主轴夹角为45°的偏振方向入射到其后的法拉第旋光器件a；法拉第旋光器a以45°的旋光角使得入射偏振光偏振方向左旋后入射到后面的电光晶体器件b；电光晶体器件b电感应主轴所在的平面与入射光的方向垂直；从电光晶体器件b出射的光进入其后接的法拉第旋光器件b，法拉第旋光器件b以旋光角45°右旋入射光的偏振方向；从法拉第器件b出射的光进入偏振片b，偏振片b的偏振方向与偏振片a的相同；从偏振片b中出射的光进入光线准直器b后再进入后面待接的光纤环形干涉仪光路。与上述过程相同，光纤环形干涉仪光路中的另一路光从光线准直器b接入，分别经过偏振片b、法拉第器件b、电光晶体器件b、电光晶体器件a、法拉第器件a、偏振片a以及光纤准直器a进入待接入的光纤环形干涉仪光路。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。