一种光纤陀螺的保偏光纤传感环路结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种光纤陀螺的保偏光纤传感环路结构，包括Y形分支波导调制器和保偏光纤传感线圈，还包括第一偏振合束器和第二偏振合束器；所述第一偏振合束器和第二偏振合束器的偏振方向相同、且与Y形分支波导调制器输出的偏振光方向垂直的两个耦合输入端耦合连接，形成偏振环行器；所述第一偏振合束器和第二偏振合束器上另外两个耦合输入端分别与Y形分支波导调制器的两个耦合输出端耦合连接；所述第一偏振合束器和第二偏振合束器上的两个耦合输出端分别与保偏光纤传感线圈的两端保偏耦合连接。与现有技术相比，本发明能够有效抑制法拉第非互易相移、偏振串扰非互易相移引起的零偏漂移。
【专利说明】一种光纤陀螺的保偏光纤传感环路结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光纤陀螺，尤其是涉及一种光纤陀螺的保偏光纤传感环路结构。【背景技术】
[0002]光纤陀螺是以敏感线圈和集成光学器件为基础的惯性导航器件，用于自主测量载体相对于惯性空间的旋转运动(旋转角速度)，为惯性系统感知载体自身的精确位置和方向等具有关键性作用。光纤陀螺是基于Sagnac效应的角速度传感器,Sagnac效应是:在光学环路线圈旋转时，顺时针与逆时针经过同一环路传输的两束光之间产生相位差。干涉型光纤陀螺(IFOG)就是顺时针与逆时针通过光纤环传输光之间的干涉将相位差信号转换为输出光强度信号，经光电检测器转换为电信号，由陀螺电路处理输出载体的旋转角速度。因此光纤陀螺中没有运动部件，且因为光纤的损耗极低，所以光纤陀螺具有抗冲击、长寿命、精度高、价格、尺寸、重量方面有明显优点，适合规模化生产的优势，在工业与军事应用中拓展了许多较新的用途，成为目前发展最为迅速的惯性器件之一。
[0003]光纤陀螺由传感光学表头和调制解调电路两部分组成，传感光学表头又有集成Y形分支波导调制器和光纤传感线圈组成。光纤陀螺的精度主要是由传感光学表头决定的，也是陀螺的主要误差源。光纤陀螺的主要技术性能指标有标度因数及其稳定性与对称性，角度随机游走和零偏稳定性。影响标度因数稳定性与对称性的主要原因有光源平均中心波长和传感线圈长度的稳定性，以及Y形分支波导调制器和信号处理电路的线性度。角度随机游走是信噪比相关的参量，是陀螺最小可检测灵敏度的度量，与均衡设计和噪声抑制及滤波技术有关。零偏稳定度可以认为是陀螺的可信检测灵敏度。零偏误差主要来自保偏光纤传感线圈，包括偏振串扰、法拉第效应、时变环境温度与应力(振动与声波)引起的非互易相移。
[0004]中国专利CN100494897公开了一种采用低偏和保偏混合光路的光纤陀螺，包括低偏振光源、Y波导、探测器、耦合器和保偏光纤，但该光纤陀螺只能在一定程度上降低光路偏振串扰的影响。目前对Faraday非互易相移的解决方法是采用增加体积和重量的磁屏蔽，对偏振串扰非互易相移引起的零偏误差主要是通过提高传感线圈保偏光纤性能和改善保偏光纤传感线圈的绕制与组装工艺。但是受到基础工业水平(机械精度和材料纯度)的限制，对零偏稳定性的改善有限。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而发明一种光纤陀螺的保偏光纤传感环路结构，能够有效抑制法拉第非互易相移、偏振串扰非互易相移引起的零偏漂移，使等效传感线圈长度增加为传感线圈保偏光纤长度的两倍。
[0006]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0007]—种光纤陀螺的保偏光纤传感环路结构，包括Y形分支波导调制器和保偏光纤传感线圈，还包括第一偏振合束器和第二偏振合束器；[0008]所述第一偏振合束器和第二偏振合束器的偏振方向相同、且与Y形分支波导调制器输出的偏振光方向垂直的两个I禹合输入端I禹合连接，形成偏振环行器；
[0009]所述第一偏振合束器和第二偏振合束器上另外两个耦合输入端分别与Y形分支波导调制器的两个耦合输出端耦合连接；
[0010]所述第一偏振合束器和第二偏振合束器上的两个稱合输出端分别与保偏光纤传感线圈的两端保偏耦合连接；
[0011]所述第一偏振合束器、第二偏振合束器的耦合输出端即为偏振环行器的两个耦合输出保偏尾纤；
[0012]从Y形分支波导调制器传输入的顺时针和逆时针线偏振光通过偏振环行器分别沿保偏光纤传感线圈的快轴与慢轴交替传输一次。
[0013]所述保偏耦合连接是指偏振环行器耦合输出保偏尾纤的慢轴与传感线圈保偏光纤的慢轴或快轴对准熔接。
[0014]还包括90°旋光片，该90°旋光片设在第一偏振合束器或第二偏振合束器的率禹合输出端前。
[0015]与现有技术相比，本发明结构使顺时针和逆时针光分别沿传感线圈保偏光纤的快轴与慢轴交替传输一次，具有以下优点:
[0016](I)能有效抑制在外磁场环境下，光纤陀螺保偏光纤传感线圈中法拉第非互易相移引起的零偏漂移。
[0017](2)能有效抑制光纤陀螺保偏光纤传感线圈中偏振串扰非互易相移引起的零偏漂移。
[0018](3)能使等效传感线圈长度增加为传感线圈保偏光纤长度的两倍。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的结构示意图；
[0020]图2为本发明的第二种结构示意图；
[0021]图3为本发明的第三种结构示意图；
[0022]图4为本发明的第四种结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0024]实施例一
[0025]如图1所示，一种光纤陀螺的保偏光纤传感环路结构，包括Y形分支波导调制器2、第一偏振合束器12、第二偏振合束器13、保偏光纤传感线圈19和90°旋光片14。每个偏振合束器有两个偏振方向相互垂直的光I禹合输入端和一个光I禹合输出端,第一偏振合束器
12、第二偏振合束器13的偏振方向相同、且与Y形分支波导调制器2输出的偏振光方向垂直的光耦合输入端9、10在点11处耦合连接，
[0026]形成偏振环行器，偏振环行器有两个光耦合输入端和两个光耦合输出端；第一偏振合束器12、第二偏振合束器13另外两个耦合输入端5、6分别与Y形分支波导调制器2的两个稱合输出端3、4在点7、8处稱合连接,第一偏振合束器12、第二偏振合束器13的f禹合输出端15、16分别与保偏光纤传感线圈19的两端在点17、18处保偏耦合连接，保偏耦合连接是指偏振环行器耦合输出保偏尾纤的慢轴与传感线圈保偏光纤的慢轴或快轴对准熔接，第一偏振合束器12、第二偏振合束器13的稱合输出端15、16即为偏振环行器的两个稱合输出保偏尾纤。90°旋光片14设在第一偏振合束器12的I禹合输出端15之前。
[0027]本发明中，偏振环行器可以用两只偏振合束器来构成，每个偏振合束器有两个输入端和一个输出端，两个输入端的偏振方向是相互垂直的，一个平行偏振，另一垂直偏振，两个偏振合束器的两个偏振方向相同的相互保偏连接构成偏振环行器的环行支路。偏振环行器有三个光传输路径，第一个是顺时针光的输入与输出路径，第二个是逆时针光的输入与输出路径，第三个是环行路径。第一和第二路径输入光偏振方向与Y形分支波导调制器的输出光偏振方向相同，同为平行偏振或垂直偏振。第三路径的偏振方向与Y形分支波导调制器的输出光偏振方向垂直。
[0028]偏振环行器的第一和第二路径耦合输出尾纤慢轴方向与Y形分支波导调制器的输出光偏振方向平行或垂直时，在两合束器之一的I禹合输出前加90°旋光片，且偏振环行器的耦合输出尾纤慢轴与传感线圈保偏光纤的慢轴平行熔接。偏振环行器的第一和第二路径耦合输出尾纤慢轴方向相互垂直时，偏振环行器的耦合输出尾纤慢轴与传感线圈保偏光纤的慢轴平行熔接。偏振环行器的第一和第二路径耦合输出尾纤慢轴方向与Y形分支波导调制器的输出光偏振方向平行或垂直时，偏振环行器的一个I禹合输出尾纤慢轴与传感线圈保偏光纤的慢轴平行熔接，另一个则是垂直熔接。
[0029]如图1所示，光从Y形分支波导调制器2的输入端I输入，经Y形分支波导调制器2后分为顺时针和逆时针两路平行线偏振光输出，对由Y形分支波导调制器上分支输出的顺时针平行线偏振光，经3 — 7 — 5 — 12 — 14 — 15 — 17成为沿传感线圈保偏光纤19慢轴的垂直线偏振光，又经过19 — 18— 16输出垂直线偏振光,第二偏振合束器13将由10输出垂直线偏振光，由11 — 9环行到第一偏振合束器12，再次经过12 — 14 — 15 — 17成为沿传感线圈保偏光纤19快轴的平行线偏振光，再次经过19 — 18 — 16输出平行线偏振光，第二偏振合束器13将由6输出平行线偏振光,经过6 — 8 — 4形成顺时针返回光。对由Y形分支波导调制器2下分支输出的逆时针平行线偏振光，经4 — 8 — 6 — 13 — 16 — 18成为沿传感线圈保偏光纤19快轴的平行线偏振光，又经过19 — 17 — 15输出平行线偏振光，经过90°旋光片14转换为垂直线偏振光,第一偏振合束器12将由9输出垂直线偏振光，由11 — 10环行到第二偏振合束器13，再次经过13 — 16 — 18成为沿传感线圈保偏光纤19慢轴的垂直线偏振光，再次经过19 — 17 — 15输出垂直线偏振光，再次经过90°旋光片14转换为平行线偏振光，第一偏振合束器12将由5输出平行线偏振光，经过7 — 4形成逆时针返回光。所以从Y形分支波导调制器2输入的顺时针和逆时针光通过偏振环行器分别沿传感线圈保偏光纤19的慢轴与快轴交替传输一次，等效传感长度大于保偏光纤长度的两倍。
[0030]实施例二
[0031]如图2所不,本实施例与实施例一的区别仅是90°旋光片从第一偏振合束器12移到第二偏振合束器13对应的位置上，所以实施例二的顺时针和逆时针光分别沿传感线圈保偏光纤的快轴与慢轴交替传输一次，等效传感长度大于保偏光纤长度的两倍。[0032]实施例三
[0033]如图3所示，本实施例与实施例一和二的区别仅是省去了 90°旋光片，实施例三中第一偏振合束器12的耦合输出保偏尾纤慢轴与保偏光纤传感线圈19的快轴对准熔接，第二偏振合束器13的耦合输出保偏尾纤慢轴与保偏光纤传感线圈19的慢轴对准熔接。
[0034]实施例四
[0035]如图4所示，本实施例与实施例三区别仅是第二偏振合束器13的耦合输出保偏尾纤慢轴与保偏光纤传感线圈19的快轴对准熔接，第一偏振合束器12的耦合输出保偏尾纤慢轴与保偏光纤传感线圈19的慢轴对准熔接。
[0036]以上实施例都能实现顺时针和逆时针光分别沿传感线圈保偏光纤的快轴与慢轴交替传输一次，等效传感长度大于保偏光纤长度的两倍。
[0037]上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，并不能以此限制此发明的保护范围。凡是根据本发明想法所做的等效变换或是修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种光纤陀螺的保偏光纤传感环路结构，包括Y形分支波导调制器(2)和保偏光纤传感线圈(19)，其特征在于，还包括第一偏振合束器(12)和第二偏振合束器(13)； 所述第一偏振合束器(12)和第二偏振合束器(13)的偏振方向相同、且与Y形分支波导调制器(2)输出的偏振光方向垂直的两个耦合输入端(9、10)耦合连接，形成偏振环行器； 所述第一偏振合束器(12)和第二偏振合束器(13)的另外两个I禹合输入端(5、6)分别与Y形分支波导调制器(2)的两个耦合输出端(3、4)耦合连接； 所述第一偏振合束器(12)和第二偏振合束器(13)上的两个I禹合输出端(15、16)分别与保偏光纤传感线圈(19)的两端保偏耦合连接； 所述第一偏振合束器(12)、第二偏振合束器(13)的I禹合输出端(15、16)即为偏振环行器的两个耦合输出保偏尾纤； 从Y形分支波导调制器(2)输入的顺时针和逆时针线偏振光通过偏振环行器分别沿保偏光纤传感线圈(19)的快轴与慢轴交替传输一次。
2.根据权利要求1所述一种光纤陀螺的保偏光纤传感环路结构，其特征在于，所述保偏耦合连接是指偏振环行器耦合输出保偏尾纤的慢轴与传感线圈保偏光纤的慢轴或快轴对准熔接。
3.根据权利要求1所述一种光纤陀螺的保偏光纤传感环路结构，其特征在于，还包括90°旋光片(14),该90°旋光片(14)设在第一偏振合束器(12)或第二偏振合束器(13)的耦合输出端前。
【文档编号】G01C19/72GK103940415SQ201410116142
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】胡宗福 申请人:同济大学