一種單耦合器全消偏光纖陀螺儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種單耦合器全消偏光纖陀螺儀，其包括寬譜光源、環(huán)前消偏器、耦合器、兩個環(huán)內(nèi)消偏器、單模光纖環(huán)以及光電探測器，其中，寬譜光源的輸出端通過單模光纖與環(huán)前消偏器相連，環(huán)前消偏器的另一端與耦合器的第一端口耦合，耦合器的第三端口和第四端口通過單模光纖與兩個環(huán)內(nèi)消偏器耦合，兩個環(huán)內(nèi)消偏器的另一端分別與保偏光纖環(huán)的兩個端口耦合，耦合器的第二端口通過單模光纖與光電探測器的輸入端耦合。該陀螺儀結(jié)構(gòu)省掉了陀螺儀最小互易結(jié)構(gòu)中的起偏器和其中一個耦合器，通過兩個偏振態(tài)之間的去相干和干涉光強(qiáng)補(bǔ)償消除非互易誤差，從而大大降低了成本，同時具有較低的噪聲和較好的零偏穩(wěn)定性。
【專利說明】一種單耦合器全消偏光纖陀螺儀【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于陀螺儀【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種單耦合器全消偏光纖陀螺儀。
【背景技術(shù)】
[0002]陀螺儀是一種轉(zhuǎn)動傳感器，用于測定其所在載體的轉(zhuǎn)動角速度。陀螺儀被廣泛地應(yīng)用于飛行器及武器的制導(dǎo)、工業(yè)及軍事上的精密測量等領(lǐng)域。早期的陀螺儀為機(jī)械陀螺儀，機(jī)械陀螺儀是利用高速旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸具有保持其方向的趨勢這樣一個物理原理而制造出的定向裝置。由于機(jī)械陀螺儀包含活動部件(例如高速轉(zhuǎn)子)，因此，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝要求高、并且精度受到了多方面的制約。
[0003]1960年代，隨著激光的問世，利用激光來制造光學(xué)陀螺儀的研究迅速發(fā)展起來。光學(xué)陀螺儀是基于薩格納克效應(yīng)(Sagnac effect)而制造出來的定向裝置。具體說,在轉(zhuǎn)動的閉合光路中，由同一光源發(fā)出的兩束特征相同的光分別沿順時針(CW)方向和逆時針(CCW)方向傳輸時發(fā)生干涉，通過檢測所述兩束光的相位差或干涉條紋的變化，就可以測出該閉合光路的轉(zhuǎn)動角速度。上述相位差被稱作薩格納克相移，它與閉合光路的轉(zhuǎn)動角速度Ω成正比:
【權(quán)利要求】
1.一種單耦合器全消偏光纖陀螺儀，其特征在于，包括寬譜光源、環(huán)前消偏器、耦合器、兩個環(huán)內(nèi)消偏器、單模光纖環(huán)、以及光電探測器，其中，寬譜光源的輸出端通過單模光纖與環(huán)前消偏器相連，環(huán)前消偏器的另一端與耦合器的第一端口耦合，耦合器的第三端口和第四端口通過單模光纖與兩個環(huán)內(nèi)消偏器耦合，兩個環(huán)內(nèi)消偏器的另一端分別與單模光纖環(huán)的兩個端口耦合，耦合器的第二端口通過單模光纖與光電探測器的輸入端耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單耦合器全消偏光纖陀螺儀，其特征在于，所述耦合器為3dB單模光纖耦合器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單耦合器全消偏光纖陀螺儀，其特征在于，在所述單模光纖環(huán)中插入有相位調(diào)制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單耦合器全消偏光纖陀螺儀，其特征在于，所述相位調(diào)制器為PZT相位調(diào)制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單耦合器全消偏光纖陀螺儀，其特征在于，所述環(huán)前消偏器、環(huán)內(nèi)消偏器為保偏光纖制作的兩段式Lyot消偏器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的單耦合器全消偏光纖陀螺儀，其中環(huán)前消偏器所采用的兩段式Lyot消偏器的長度為(U，16L)，兩個環(huán)內(nèi)消偏器所采用的兩段式Lyot消偏器的長度為(1L，2L)，(4L，8L)，其中L0和L為常數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的單耦合器全消偏光纖陀螺儀，其特征在于，長度Ltl滿足L0=Ld/ Δ η, Δη為該保偏光纖的雙折射晶體的χ軸和y軸之間或χ’軸和y’軸之間的折射率差，=Af52ZAA為所述寬 譜光源的去相干長度，λ ^為所述寬譜光源的中心波長，Λ λ為所述寬譜光源的譜寬。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的單耦合器全消偏光纖陀螺儀，其特征在于，長度L滿足AnL=An0LSMF+L0, Λ η為制作所述消偏器所使用的保偏光纖的χ軸和y軸之間的折射率差，An0為所述單模光纖環(huán)的雙折射晶體的折射率之差，Lsmf為所述單模光纖環(huán)的光纖長度，以及Ltl為所述兩段式光源消偏器的第一段長度，并且 Δ?0 =0.25^/(^, -^)(1 + v)(-)2-0.0927(-)2 ’
rr 其中，nrff為所述單模光纖環(huán)中的光纖的等效折射率，P11和P12為所述單模光纖環(huán)中的光纖的彈光系數(shù)，V為所述單模光纖環(huán)中的光纖的泊松系數(shù)，a和r分別為所述單模光纖環(huán)中的光纖的芯徑和所述單模光纖環(huán)的彎曲半徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單耦合器全消偏光纖陀螺儀，其特征在于，所述寬譜光源采用ASE寬譜光源。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單耦合器全消偏光纖陀螺儀，其特征在于，所述光電探測器采用半導(dǎo)體PIN光二極管。
【文檔編號】G01C19/64GK103743391SQ201410005667
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】王子南, 楊易, 路萍, 劉乘龍, 趙大宇, 彭超, 張振榮, 李正斌 申請人:北京大學(xué)