[发明专利]一种用于光纤环形干涉仪无源相位偏置的方法和装置

说明书

本发明提供了一种用于光纤环形干涉仪无源相位偏置的方法和装置，该方法包括：利用两个旋向相反且旋光角相同的法拉第旋光器件，分别旋转从光纤环形干涉仪光路中入射的两路偏振方向相同的线偏振光；在上述两个法拉第旋光器件中放置波片；控制从外部入射到两个法拉第旋光器件的偏振光偏振方向，此偏振方向与波片光轴形成入射偏置角；当环境温度偏离参考温度时，对于给定的旋光角和入射偏置角利用入射到波片上的两路线偏振光的偏振方向与快慢轴夹角的变化来实现无源相位偏置器的相位补偿。

技术领域

本发明涉及一种光学移相器件，尤其是涉及一种用于光纤环形干涉仪的无源相位偏置器。

背景技术

在过去数十年光纤环形干涉仪(或称光纤Sagnac干涉式)在光纤陀螺和光纤电流传感器的实际应用中已取得令人羡慕的成就，其光纤回路大多用有源偏置，即压电相位调制器(PZT)或集成光学块(Y波导器件)。尽管有源偏置光纤Sagnac干涉式陀螺在实用上成功，研究者对于在光纤陀螺干涉光路中尝试用无源偏置的努力从未中断过。这是因为，无源偏置器有其吸引人的方面，包括结构简单结实、低噪声、易于调谐(多数无需调谐，而由系统自行运行)、灵敏度高、长期工作稳定，以及低成本等。

早期旨在实现光纤陀螺无源偏置的尝试是利用3×3光纤耦合器，它是由三段常规单模光纤制成，同时起分光和Sagnac光纤回路无源偏置的作用。由此构成的传感器结构，其主要缺陷在于：单模光纤不具有保持光偏振态的功能，故使包含3×3单模光纤耦合器的光纤干涉型传感器不能稳定，以致不能实用。原理上3×3线保偏光纤具有探测并保持被测陀螺信号的功能。然而，到目前为止，制造3×3线保偏光纤耦合器在其三个主轴(通常指慢轴，由镜像对称应力区形成)调整为准确平行的工艺程序上，遇到极大困难。检索国际光电子器件的商品，实测耦合器通线偏光时其光纤臂消光比低于20分贝，因而在实际传感系统中不能符合实用要求。

另一在光纤Sagnac干涉回路中使用无源偏置技术是采用非互易法拉第旋光器。在这种应用中，首先将线偏振光转化为圆偏振光，通过法拉第旋光器后再变换回线偏光。这种偏置方式遇到的最大困难是：要得到干涉仪低的相位精度，法拉第旋光器件的角度误差就要控制的非常精确。法拉第旋光器可以由永磁体来偏置也可以用外加电流的方式来偏置。法拉第旋光器永磁偏置方式的旋光精度要受外界温度等环境因素的影响，电流偏置方式的法拉第旋光器件的精度除了要受外界环境的影响外还要受电流本身控制精度的影响。由于法拉第旋光器件很难做到极高的精度，因此这种方式的相位偏置技术将带来Sagnac干涉回路较大的相位噪声。

本发明是在上述技术背景上所产生的，其着眼点是避免目前已有两种无源偏置的缺陷和技术困难。本发明的技术细节在以下“发明内容”和“具体实施方式”中将结合附图加以说明。

发明内容

为了解决上述技术问题，提供了一种用于光纤环形干涉仪无源相位偏置的方法和装置。

本发明提供了一种用于光纤环形干涉仪无源相位偏置的方法，该方法包括：利用两个旋向相反且旋光角相同的法拉第旋光器件，分别旋转从光纤环形干涉仪光路中入射的两路偏振方向相同的线偏振光；在上述两个法拉第旋光器件中放置波片；波片表面与其上入射线偏振光的方向垂直；在参考温度下，控制从外部入射到两个法拉第旋光器件的偏振光偏振方向，此偏振方向与波片光轴形成入射偏置角；当环境温度偏离参考温度时，对于给定的旋光角和入射偏置角利用入射到波片上的两路线偏振光的偏振方向与快慢轴夹角的变化来实现无源相位偏置器的相位补偿；对于给定旋光角以及相位偏置器的相位补偿要求，根据环境温度偏离参考温度的大小以及相位调制器的相位温度特性来确定上述入射偏置角的大小。

优选地，该方法还包括：参考温度下，法拉第器件的旋光角为45°。

优选地，该方法还包括：无源相位偏置器相位补偿要求为在给定的温度范围内无源相位偏置器相位偏置点变化幅值最小。

优选地，该方法还包括：零级波片为胶合零级1/4波片。