[发明专利]一种测量光子带隙光纤陀螺背向次波相干误差的装置及方法

权利要求书

1.一种测量光子带隙光纤陀螺背向次波相干误差的装置，其特征在于：所述测量装置包括光源、探测器、耦合器、集成光学波导、锁相放大器、信号发生器、普通光纤尾纤A、普通光纤尾纤B、光子带隙光纤A和光子带隙光纤B；所述耦合器的两个输入端分别与光源和探测器的尾纤进行熔接，两个输出端中，一个输出端与集成光学波导的尾纤进行熔接，另一个输出端作防止端面反射处理，所述集成光学波导的两个输出端分别耦合普通光纤，对应的两个普通光纤尾纤A和普通光纤尾纤B分别在熔点A和熔点B熔接光子带隙光纤A和光子带隙光纤B，其中，普通光纤尾纤A比普通光纤尾纤B长20mm以上，该两段光纤的长度差大于光源的去相干长度，所述的探测器输出电信号连接锁相放大器，锁相放大器的输出端和集成光学波导之间连接信号发生器。

2.根据权利要求1所述的一种测量光子带隙光纤陀螺背向次波相干误差的装置，其特征在于：所述的信号发生器给集成光学波导施加阶梯波调制，其中调制方波幅值为2.5V，频率为

500kHz，阶梯波由0V变化到10V。

3.一种测量光子带隙光纤陀螺背向次波相干误差的方法，其特征在于：基于权利要求1中所述的一种测量光子带隙光纤陀螺背向次波相干误差的装置，光源输出的光经过耦合器和集成光学波导后在熔点A、熔点B分别产生菲涅尔背向反射波W_A和W_B，在普通光纤尾纤A和光子带隙光纤B中由于散射点B₁和A₁的散射同样会产生背向散射波W_A1和W_B1；当散射点A₁和熔点A的光程小于光源的去相干长度时，背向反射波W_A会和背向散射波W_A1发生干涉，同样的，散射点B₁和熔点B的光程差小于光源的去相干长度时，背向反射波W_B会和背向散射波W_B1发生干涉；这两组光的干涉光强如下式所示：

其中，I_in为经过集成光学波导后进入普通光纤尾纤A或B时的光强；α_in为背向传输的光到达探测器时的损耗；α_splicing为普通光纤和带隙光纤的熔接损耗；R_A、R_B分别为熔点A、熔点B的反射系数；R_A1、R_B1分别为散射点A₁、散射点B₁的散射系数；是两列次波之间在干涉时由于环境扰动引入的随机相位；由公式(1)，背向次波分为两组，即：

I_BSC＝I_BSC-A+I_BCS-B(2)

其中，W_A和W_A1的背向次波强度I_BCS-A，W_B和W_B1的背向次波强度I_BCS-B，分别表示为：

其中，Ф_m为调制相位，调制相位Ф_m分解为两部分，即阶梯波调制中的方波引起的相位调制Ф_{m_SQ}以及锯齿波引起的相位调制Ф_{m_SA}；

测试时先熔接光子带隙光纤B和普通光纤尾纤B，光子带隙光纤A和普通光纤尾纤A分离，记为状态一；此时通过锁相放大器相干解调得到W_B和W_B1的背向次波强度I_BCS-B；其中，当Ф_{m_SA}变化2π时，锁相放大器输出信号的极差为I_BCS-B中cos函数系数的两倍，因此得到

RBRB1=Iout-max1-Iout-min12/(2Iinαin)---(5)]]>

其中，I_out-max1为状态一下锁相放大器输出信号的最大值，I_out-min1为状态一下锁相放大器输出信号的最小值；

此时，再将光子带隙光纤A和普通光纤尾纤A熔接，记为状态二；通过同样的方法得到W_B和W_B1以及W_A和W_A1的背向次波强度之和；推算出W_A和W_A1的背向次波强度I_BCS-A的系数，因此得到系数即，

RARA1=(Iout-max2-Iout-min2)-(Iout-max1-Iout-min1)2/(2Iinαinαsplicing)---(6)]]>

其中I_out-max2为状态二下锁相放大器输出信号的最大值，I_out-min2为状态二下锁相放大器输出信号的最小值；

在次波误差最大时，陀螺的偏置误差表示为：

BSC Error=αsplicingRARA1+RBRB12πLDλc*αsplicing2αcoil---(7)]]>

其中，L为光子带隙光纤陀螺光纤环长度，D为光纤环直径，λ为光源波长，c为光速，α_coil为光纤环损耗；因此，将式(5)和式(6)分别代入式(7)，计算出两对背向次波对陀螺产生误差的大小。