[发明专利]一种无熔点的干涉式全光子带隙光纤陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种无熔点的干涉式全光子带隙光纤陀螺仪，属于光纤陀螺技术领域。

背景技术

光纤陀螺作为发展极为迅速的一种新型惯性角速度传感器，以其特有的技术和性能优势，如全固态结构、可靠性高、寿命长；启动速度快，响应时间短；测量范围大，动态范围宽；抗冲击、振动，耐化学腐蚀；体积小、重量轻、成本低；适合大批量生产等，已经广泛用于各领域。

光纤是光纤陀螺中最主要的传输介质。现有光纤陀螺中通常采用的普通的熊猫型保偏光纤，其导波特性对外界温度、电磁等物理场较敏感，因而导致光纤陀螺环境适应性较差。目前针对这一问题主要采取被动防护的措施来解决，如添加防护罩等。这些措施虽然能够在一定程度上提高光纤陀螺的环境适应性，但同时也带来了一些副作用，如体积、重量、功耗和成本的增加。

光子带隙光纤是一种基于光子带隙效应的新型光纤，通过在SiO₂和空气孔周期性排列构成的光子晶体中扩大中心的空气孔制造缺陷来可控制光波在中心空气孔(纤芯)中传播，是一种基于低折射率材料(空气)在高折射率背景材料(SiO₂)中的二维周期性排列而形成的微结构光纤。这种原理与结构上的独特性使得光子带隙光纤具有众多不同于传统光纤的特性，如对温度、电磁场、空间辐射等环境因素的敏感度低，对弯曲不敏感，具备无限单模传输能力等。因此，光子带隙光纤是解决光纤陀螺环境适应性问题的理想选择，是光纤陀螺的未来发展趋势。

光纤陀螺的基本结构包括光源、耦合器、Y波导、光纤环和探测器共五大光学器件，它们之间通过光纤熔接的方式进行连接。光纤熔接可借助成熟的商业熔接机完成，操作简单快捷，是目前通用的光纤陀螺生产工艺。现有的光子带隙光纤陀螺中仅有光纤环是由光子带隙光纤绕制而成，其余器件与传统陀螺无异，因此光子带隙光纤环与Y波导输出端尾纤的连接也采用了光纤熔接的方式，陀螺光路的构成方式与传统陀螺一致。

然而，受到光子带隙光纤特殊空气孔结构的影响，采用现有熔接工艺获得的熔点损耗大，强度低，可靠性差，不能满足陀螺在某些场合下的应用需求；同时，在仅仅选用光子带隙光纤环而其他器件尾纤依然是传统光纤的情况下，非光子带隙光纤的部分依然会受到环境扰动的影响而引入误差，削弱了光子带隙光纤的优势，从而限制了光子带隙光纤陀螺的工程化应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种无熔点的干涉式全光子带隙光纤陀螺仪，基于光子带隙光纤耦合技术。

一种无熔点的干涉式全光子带隙光纤陀螺仪，包括光源、耦合器、Y波导、光子带隙光纤环和探测器；

光源、探测器和Y波导的输入端尾纤通过半透半反膜直接耦合，耦合处形成耦合器，Y波导的两个输出端与光子带隙光纤环的两端直接耦合。

本发明的优点在于：

(1)实现了全光子带隙光纤陀螺，提高了光纤陀螺的环境适应性；

(2)光路中没有熔点，避免了熔点引入的损耗和端面反射。

附图说明

图1是全光子带隙光纤陀螺结构框图；

图2是光子带隙光纤的横截面示意图。

图中：

1-光源                 2-耦合器          3-Y波导

4-光子带隙光纤环       5-探测器

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种无熔点的干涉式全光子带隙光纤陀螺仪，基于光子带隙光纤耦合技术，如图1所示，包括光源1、耦合器2、Y波导3、光子带隙光纤环4和探测器5；

光源1、探测器5和Y波导3的输入端尾纤通过半透半反膜直接耦合，耦合处形成耦合器2，耦合器2实现分光功能，Y波导3的两个输出端与光子带隙光纤环4的两端直接耦合，其中Y波导3的输出端与光子带隙光纤环4的端面为斜角切割(5～10°)，斜面角度相互匹配。光源1、Y波导3和探测器5的尾纤均选用同一种光子带隙光纤以保证耦合质量(如模场匹配等)，光子带隙光纤的横截面如图2所示，本发明各部分间通过光子带隙光纤耦合技术进行连接，形成无熔点的全光子带隙光纤陀螺，避免了熔点引入的损耗和端面反射，提高了光子带隙光纤陀螺的性能表现。

光源1的输出光经耦合器2后进入Y波导3起偏，Y波导3的两个输出端处的光波分别沿光子带隙光纤环4的顺时针和逆时针方向相向传播，绕行一周后回到Y波导3，经耦合器2后进入探测器5，得到陀螺的输出信号。通过光子带隙光纤的直接耦合技术实现光学元器件间的连接，避免了熔点处可能引入的损耗和端面反射，在保证精度的同时实现了全光子带隙光纤陀螺。