基于光子晶体光纤陀螺的新型噪声分离方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光纤巧螺技术领域，具体设及一种基于光子晶体光纤巧螺的新型噪声 分离方法。
【背景技术】
[0002] 目前光纤巧螺凭借着其测量精度高、灵敏度高、动态范围大、体积小、重量轻、寿命 长、易集成等特点W及其在军事和民用领域的广阔应用前景，成为近年来国内外光纤传感 器领域的一个研究热点。但是现阶段的光纤巧螺受非互易误差W及其他多方面的噪声影 响，技术发展受到一定的限制。最近，在光纤巧螺领域出现了一种基于光子晶体光纤的光纤 巧螺，利用光子晶体光纤作为巧螺中重要的敏感光纤部分，凭借着其独特的光纤结构，能够 有效的减少光纤巧螺中的非互易误差。
[0003] 相对于普通光纤，光子晶体光纤在化upe效应、法拉第效应影响等各个方面所产 生的误差上都有所减少，而且光子晶体光纤对于福射的敏感度也大大降低，此外其还有着 低传输损耗、高折射率等优势，因此光子晶体光纤更适用于使用在光纤巧螺中，对于提高光 纤巧螺的性能有着十分重要的推进作用。
[0004] 然而就目前技术发展而言，在光纤巧螺中使用光子晶体光纤也存在着一定的缺 点。在普通光纤巧螺中，普通光纤的传输损耗可W低于0. 5地/虹1，而且其相位调制器的尾纤 与光纤环用光纤是同一种类型，其溶解点处的光纤损耗可W忽略，所W在普通光纤中，噪声 的种类仅包含散粒噪声、强度噪声、探测器热噪声、暗电流噪声等常规噪声。在光子晶体光 纤巧螺中，光子晶体光纤不仅传输损耗大，会引入量级很大的背向散射光，而且相位调制器 尾纤与光纤环用光纤种类不同，由于光在空气-二氧化娃截面的折射率差异W及两种光纤 的模态不匹配会引入较多的背向反射光，此外，由于光子晶体光纤本身结构存在的随机分 布缺陷，也会产生不容忽视的背向散射光，因此在光子晶体光纤巧螺中，除传统噪声之外， 由背向反射与背向散射产生的噪声是不能够被忽略的。该两种由光子晶体光纤独特结构引 起的特殊噪声大大消弱了光子晶体光纤巧螺的优势，从而限制了光子晶体光纤巧螺的工程 化应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了解决上述问题，完善光子晶体光纤巧螺的总体噪声预测模型 的功能，提出了一种新型的光子晶体光纤巧螺噪声分离方法。
[0006] 本发明的基于光子晶体光纤巧螺的新型噪声分离方法，实现步骤如下：
[0007] 步骤1，确定光子晶体光纤巧螺的噪声预测模型，其中包括传统噪声中的散粒噪 声、强度噪声、探测器热噪声和暗电流噪声，还包括由光子晶体光纤独特结构造成的背向反 射噪声与背向散射噪声。
[000引背向反射及背向散射引起的额外光功率引起的噪声方差为：
[0009]
【主权项】
1. 一种基于光子晶体光纤陀螺的新型噪声分离方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，建立光子晶体光纤陀螺的噪声预测模型，该模型中包括散粒噪声、强度噪声、探 测器热噪声和暗电流噪声，还包括由光子晶体光纤造成的背向反射噪声与背向散射噪声； 背向反射及背向散射引起的额外光功率引起的噪声方差,为： η + P^fBW / Av 其中，e表不电子电荷量，Ptl表不由背向反射与散射光引起的额外光功率，BW表不探测 器带宽，η表示探测器的光电转换系数，Λ V表示光源带宽； 步骤2,通过控制调制相位，分离计算出背向反射噪声与背向散射噪声； 分别测得在加载调制方波前后光束的实际光功率，设％表示调制相位，Pwittoutjwdulatim 表示未加载调制方波时测得的光功率，Pwithjwdulatim表示加载调制方波后测得的光功率，则 得到下式：
其中，P代表有用光信号的光功率； 根据步骤1得到以及光子晶体光纤陀螺的总体噪声方差，从而进行噪声分离。
2. 根据权利要求1所述的基于光子晶体光纤陀螺的新型噪声分离方法，其特征在于， 所述的光纤晶体光纤陀螺的噪声预测模型表述如下： ^PCF - ^shol ^e\cexs ^dark ^"offset =cP(\4 cos (Pili )Β\νη + (P(l + cos φη )η)2 BW / Δv + AkTBW / R + 2el,BW+σ;,^., 其中，表不光子晶体光纤陀螺的总体噪声方差，Wto表不散粒噪声方差，cCufis表 不探测器热噪声方差，表不强度噪声方差，表不暗电流噪声方差，k表不玻尔兹 曼常数，T表示绝对温度，R表示探测器负载电阻值，Id表示探测器的暗电流值。
3. 根据权利要求1所述的基于光子晶体光纤陀螺的新型噪声分离方法，其特征在于， 所述的步骤2中，根据计算得到的Ptl和P，得到光子晶体光纤陀螺的总体噪声方差^^为：
其中由背向反射与散射光引起的额外光功率引起的噪声方差< #6;为：
【专利摘要】本发明公开了一种基于光子晶体光纤陀螺的新型噪声分离方法，属于光纤陀螺技术领域。本发明建立了光子晶体光纤陀螺的新型的噪声预测模型，涵盖普通光纤陀螺中的散粒噪声、强度噪声、探测器热噪声、暗电流噪声以及由于光子晶体光纤独特结构而引入的背向散射噪声与背向反射噪声；利用非相干背向散射/反射光强不依赖于调制相位，而信号光强依赖于调制相位的原理，通过加载调制方波，测得前后光束的实际光功率，进而将额外光功率分离出来。本发明完善了光子晶体光纤陀螺的噪声分析模型，实现了光子晶体光纤陀螺的性能优化，提高了光子晶体光纤陀螺的工程化应用的可能性。
【IPC分类】G01C19-72
【公开号】CN104880183
【申请号】CN201510309002
【发明人】金靖, 孔令海, 滕飞, 潘雄, 徐小斌, 宋镜明
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月8日