[发明专利]使用单偏振输出保偏环路器的光纤陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及陀螺仪，尤其涉及一种使用单偏振输出保偏环路器的光纤陀螺仪。

背景技术

传统的光纤陀螺如图1所示。由宽谱光源1发出的光经光源保偏分束器8一分为二，其中一束输入保偏起偏器9，再经过传感环保偏分束器3一分为二，上光束按顺时针方向经保偏光纤传感环4、相位调制器5，返回保偏分束器3；下光束按反时针方向经相位调制器5、保偏光纤传感环4后返回保偏分束器3；这二束顺时针光和反时针光由保偏分束器3合成形成干涉，经保偏起偏器9、光源保偏分束器8一分为二，其中一束由光电探测器6变为电信号，经过信号处理单元7，信号处理单元7产生加在相位调制器5上的信号，并同时输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信号。这种陀螺的缺点是光束往返光源保偏分束器8时，光能量损失6dB，即损失了3/4的光能量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种使用单偏振输出保偏环路器的光纤陀螺仪，并用该保偏环路器代替光源保偏分束器和保偏起偏器的功能。

一种使用单偏振输出保偏环路器的光纤陀螺仪包括宽谱光源、光源保偏环路器、传感环保偏分束器、保偏光纤传感环、相位调制器、光电探测器、信号处理单元；由宽谱光源发出的光进入光源保偏环路器的2-1端，从光源保偏环路器的2-2端输出一个单偏振模再经过传感环保偏分束器分成上、下二光束，上光束按顺时针方向经保偏光纤传感环、相位调制器，返回保偏分束器；下光束按反时针方向经相位调制器、保偏光纤传感环，返回保偏分束器；上、下二光束由保偏分束器合成形成干涉，干涉后的光束经保偏环路器的2-2端输入、并从保偏环路器的2-3端输出，由光电探测器将光信号变为电信号，经过信号处理单元，信号处理单元产生加在相位调制器上的信号，并同时输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信号。

所述的光源保偏环路器采用单偏振输出保偏环路器。所述的宽谱光源采用高偏振度半导体超辐射二极管。

本发明是在光纤陀螺仪中采用了单偏振输出保偏环路器，取代了传统陀螺的光源保偏分束器和保偏起偏器二个元件。使用环路器，可以减少由光源保偏分束器引起的6dB光能量损失，可提高陀螺的信噪比，或者保持原信噪比不变条件下减少光能量损耗；单偏振输出保偏环路器的特征是只能传送一个偏振模，阻止另一个偏振模，同时起到了保偏起偏器作用。本发明的目的是减少光能量损失、同时减少元件的光纤陀螺仪。

附图说明

图1是传统的光纤陀螺结构示意图；

图2是使用单偏振输出保偏环路器的光纤陀螺仪结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，一种使用单偏振输出保偏环路器的光纤陀螺仪包括宽谱光源1、光源保偏环路器2、传感环保偏分束器3、保偏光纤传感环4、相位调制器5、光电探测器6、信号处理单元7；由宽谱光源1发出的光进入光源保偏环路器2的2-1端，从光源保偏环路器2的2-2端输出。此保偏环路器只能传送一个偏振模，阻止另一个偏振模。保偏环路器传送的一个偏振模再经过传感环保偏分束器3分成上、下二光束，上光束按顺时针方向经保偏光纤传感环4、相位调制器5，返回保偏分束器3；下光束按反时针方向经相位调制器5、保偏光纤传感环4，返回保偏分束器3；上、下二光束由保偏分束器3合成形成干涉，干涉后的光束经保偏环路器2的2-2端输入、并从保偏环路器2的2-3端输出，由光电探测器6将光信号变为电信号，经过信号处理单元7，信号处理单元7产生加在相位调制器5上的信号，并同时输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信号。

所述的光源保偏环路器2采用单偏振输出保偏环路器。所述的宽谱光源1采用高偏振度半导体超辐射二极管。

实施案例：宽谱光源1采用使用1310纳米高偏振度半导体超辐射二极管，单偏振输出保偏环路器的特征是只能传送一个偏振模，阻止另一个偏振模，消光比为30dB，传感环保偏分束器采用1:1分束比，保偏光纤传感环采用500米光纤，外径98毫米，相位调制器用数米光纤绕在本征频率为29.5kHz的压电陶瓷环上，光电探测器使用PIN-FET组件，信号处理单元使用锁相放大器。入射到光电探测器的光功率为10微瓦，实验陀螺的长期零漂为0.2°/小时。

而作为比较，使用同一光源、同一光纤传感环、相位调制器、传感环保偏分束器、光电探测器，以及30dB消光比的保偏起偏器和光源保偏分束器的传统陀螺，光电探测器的接收光功率是4微瓦，传统陀螺的长期零漂为0.5°/小时。