专利名称：一种慢光效应增强的光纤陀螺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤陀螺，尤其涉及一种慢光效应增强的光纤陀螺，属于通信技 术领域。
背景技术：
陀螺仪是一种转动传感器，用于测定其所在载体的转动角速度。陀螺仪被广泛的 应用在各种飞行器及武器的制导，工业及军事的多种精密测量等领域。常见的陀螺仪有三 种类型机械陀螺仪，激光陀螺仪，和光纤陀螺仪(Fiber-optic gyroscope, FOG)。后两者 皆为光学陀螺仪。光学陀螺仪有结构紧凑，灵敏度高等特点，但是稳定度不及一些现代机械 陀螺。由于应用的需要，新型的陀螺仪应具有高的灵敏度与稳定度，较低的成本和功耗，以 及体积小等特征。
光学陀螺的原理基于萨格纳克效应(Mgnac effect)。在闭合光路中，由同一光源 发出的沿顺时针方向(CW)和逆时针方向(CCW)传输的两束光发生干涉，利用检测相位差或 干涉条纹的变化，就可以测出闭合光路旋转角速度。萨格纳克效应的一种常见表达方式是 顺时针方向(CW)和逆时针方向(CCW)传输的两束光产生了正比于旋转角速度的相位差，这 个相位差被称作萨格纳克相移，表达式如下
Δ《=#Ω(1)C
其中ω为光的频率，c为真空中光速，A是光路所围的面积(或者是与角速度矢量 方向垂直的面积投影)，Ω为转动角速度。方程(1)说明萨格纳克相移与环路形状和旋转 中心位置没有关系，而且与导波介质的折射率也无光。
为了方便分析，我们以
图1中的结构为例进行说明。
整个系统的光源S。要求光源的相干长度必须大于光纤线圈长度与精细度的乘积。
谐振式光纤陀螺与干涉式光纤陀螺不同在于谐振式光纤陀螺的输出响应在零输 入角速度时不是自动以一个极值点为中心。光源频率和腔长必须首先与一个方向上的谐振 匹配(图1中是使顺时针方向波束在环形腔中谐振)，而在相反方向上检测旋转角速率，检 测灵敏度提高一倍。因此，紧随光源后是频移器，其作用就是将光源频率偏移Δ ·，使顺时针 方向的主束在环形腔内产生谐振。
从光源发出的光所经过的第一个保偏分束器可以采用50 50的保偏耦合器1，功 能是将所得到的线偏振光平分到两个分支光路当中去，并保持同方向的线偏振。方向相反 的两路主波束是通过耦合器2将能量耦合进环形腔的。这样环形腔中顺时针方向波束与环 形腔产生谐振，谐振响应峰再由耦合器2耦合回光纤环中，由上方的耦合器3将谐振响应峰 耦合出来由光电检测器接收。环形腔中的逆时针方向波束由于达不到谐振条件不能够产生 谐振，波束由耦合器2耦合进光纤环，再由下方的耦合器4将信号耦合出来由下方的光电检 测器接收。
环形腔中偏置调制作用是使系统处于谐振尖峰上。产生偏置调制信号所需的“抖3动”调制，是通过腔内的压电陶瓷调制器对腔长进行调制实现的。上方的光电检测器接收的 信号经解调后作为误差信号，通过调节频移保证系统处于谐振尖峰上。下方光电检测器接 收的信号经解调后作为误差信号通过闭环处理电路施加一个附加的频移Δ fK，这个频移值 就代表了旋转角速率信号，它对应着两个反相旋转光路之间的谐振频差。
传统谐振式陀螺中，引入萨格奈克(Mgnac)相移的结构通常是一个环形谐振腔， 因为其闭合面积可以提供旋转矢量的通量。
传统谐振式陀螺中，旋转所引起的萨格奈克(Mgnac)相移会使得谐振环中顺时 针光信号与逆时针光信号的光程发生变化，最终导致谐振频率不同，检测这两个谐振频率 之差即可测量旋转的角速度。
权利要求
1.一种慢光效应增强的光纤陀螺，包括光源、两个光电检测器、若干个耦合器、耦合谐 振腔；所述光源与一耦合器1的输入端通过光纤连接，所述耦合器1的两输出端分别经一耦 合器与一耦合器2的一输入和输出端连接，所述耦合器2的另一输入和输出端与所述耦合 谐振腔连接，与所述耦合器1两输出端连接的耦合器，即耦合器3和耦合器4，分别与一所述 光电检测器连接，用于接收所述耦合谐振腔中的信号。
2.如权利要求1所述的光纤陀螺，其特征在于所述耦合谐振腔包括若干个环形腔，所 述环形腔之间分别通过一耦合器连接。
3.如权利要求1所述的光纤陀螺，其特征在于所述光源经一频移器1与所述耦合器1 的输入端连接。
4.如权利要求3所述的光纤陀螺，其特征在于所述耦合器1的输出端经一频移器2与 所述耦合器3连接，同时与所述耦合器3连接的所述光电检测器依次经谐振控制回路、偏置 调制电路与所述频移器1连接；与所述耦合器4连接的所述光电检测器经一反馈回路与所 述频移器2连接。
5.如权利要求4所述的光纤陀螺，其特征在于所述偏置调制电路为方波调制。
6.如权利要求1或3或4所述的光纤陀螺，其特征在于所述耦合器1为50 50的保 偏耦合器。
7.一种慢光效应增强的光纤陀螺，包括光源、光电检测器、若干个耦合器、耦合谐振腔； 所述光源与一耦合器1的输入端通过光纤连接，所述耦合器1的一输出端与一耦合器2的 一输入端连接，所述耦合器2的一输出端与一所述光电检测器连接；所述耦合谐振腔分别 与所述耦合器1的另一输出端、所述耦合器2的另一输入端连接。
8.如权利要求7所述的光纤陀螺，其特征在于所述耦合谐振腔包括若干个环形腔，所 述环形腔之间分别通过一耦合器连接。
9.如权利要求7所述的光纤陀螺，其特征在于所述耦合器1为50 50的保偏耦合器。
全文摘要
本发明公开了一种慢光效应增强的光纤陀螺，属于通信技术领域。本发明的光纤陀螺包括两种结构，其一为光源与一耦合器1的输入端通过光纤连接，耦合器1的两输出端分别经一耦合器与一耦合器2的一输入和输出端连接，耦合器2的另一输入和输出端与耦合谐振腔连接，与耦合器1两输出端连接的耦合器分别与一光电检测器连接，用于接收所述耦合谐振腔中的信号；其二为光源与一耦合器1的输入端通过光纤连接，耦合器1的一输出端与一耦合器2的一输入端连接，耦合器2的一输出端与一光电检测器连接；耦合谐振腔分别与耦合器1的另一输出端、耦合器2的另一输入端连接。与现有技术相比，本发明的光纤陀螺具有价格底、测量精度高等优点。
文档编号G01C19/72GK102032905SQ20091023552
公开日2011年4月27日 申请日期2009年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者孙月, 徐连宇, 李正斌, 王大量 申请人:北京大学