[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量光子带隙光纤陀螺背向次波相干误差的方法，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。光子带隙光纤是一种基于光子带隙效应的新型光纤，通过在二氧化硅和空气孔周期性排列构成对光波产生限制的二维光子晶体材料，然后在周期性材料中引入缺陷，使光波在缺陷中传播，这是一种基于低折射率材料(空气)在高折射率背景材料(二氧化硅)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，是光纤陀螺的发展趋势。

在光子带隙光纤陀螺中，集成光波导的尾纤纤芯为掺杂的二氧化硅，而光子带隙光纤的纤芯为空气，在二者的熔点上会有较强的菲涅尔反射，形成两个强度较大的背向反射次波。由于陀螺采用的是宽谱光源，背向散射次波之间无法干涉，不会影响陀螺输出；而在光子带隙光纤中，纤芯内壁的起伏会引入较大的背向散射，熔点的反射光会和带隙光纤中的散射光形成干涉，引入额外的误差信号，并严重影响光子带隙陀螺的性能表现。这种由熔点背向反射和光纤背向散射引起的背向次波干涉误差与陀螺信号难以分别，误差大小难以测量。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出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。

一种测量光子带隙光纤陀螺背向次波相干误差的装置，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4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。

一种测量光子带隙光纤陀螺背向次波相干误差的方法，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：