[发明专利]一种双偏振光纤陀螺中的偏振非互易误差消除方法及双偏振光纤陀螺

说明书

本发明公开一种双偏振光纤陀螺中的偏振非互易误差消除方法及双偏振光纤陀螺。本方法为：将光源分别经一环形器输入两个Y波导，每一所述Y波导的两输出端分别将Y波导调制后的信号输入两偏振分束合束器的一偏振分束端；两所述偏振分束合束器的偏振合束端通过保偏光纤环连接；每一所述环形器分别与一光电探测器连接，用于采集通过所述Y波导输出的干涉信号；其中，两所述Y波导上施加的调制信号相位相反；采用开环陀螺中的谐波解调方法对两所述光电探测器采集的干涉信号进行解调。本发明能够在已有的双偏振光纤陀螺的结构上，在很大程度上降低偏振交叉耦合带来的非互易误差，使双偏振光纤陀螺的两个偏振态都得到使用。

技术领域

本发明属于陀螺仪技术领域，具体涉及一种双偏振光纤陀螺中的偏振非互易误差消除方法双偏振光纤陀螺。

背景技术

陀螺仪是一种转动传感器，用于测定其所在载体的转动角速度。陀螺仪被广泛地应用于飞行器及武器的制导、工业及军事上的精密测量等领域。早期的陀螺仪为机械陀螺仪，机械陀螺仪是利用高速旋转体的旋转轴具有保持其方向的趋势这样一个物理原理而制造出的定向装置。由于机械陀螺仪包含活动部件(例如高速转子)，因此，其结构复杂、工艺要求高、并且精度受到了多方面的制约。

1960年代，随着激光的问世，利用激光来制造光学陀螺仪的研究迅速发展起来。光学陀螺仪是基于萨格纳克效应(Sagnac effect)而制造出来的定向装置。具体说，在转动的闭合光路中，由同一光源发出的两束特征相同的光分别沿顺时针(CW)方向和逆时针(CCW)方向传输时发生干涉，通过检测所述两束光的相位差或干涉条纹的变化，就可以测出该闭合光路的转动角速度。上述相位差被称作萨格纳克相移φ_S，它与闭合光路的转动角速度Ω成正比：

其中，ω为光的频率，c为真空中光速，A是闭合光路所围的面积。

在干涉式光纤陀螺仪中，常采用较长的光纤绕制成多匝线圈以形成闭合光路。采用多匝线圈可以增强萨格纳克效应。在这种情况下，萨格纳克相移φ_S的表达式为：

其中，L为光纤的长度，D为光纤线圈直径，λ为光波的波长。

为把陀螺偏置到一个高灵敏度的工作点，需要引入一个非互异相位偏置，这时PD探测到的信号为I_D＝I₀{1+cos[φ_s+Δφ(t)]}。一种有效的相位偏置方法是通过相位调制器引入一个动态相位调制，如图1所示。这样，两束光波之间的附加相位差为Δφ(t)＝φ_CCW(t)-φ_CW(t)＝φ_m0(t)-φ_m0(t-τ)，其中τ为光纤环的渡越时间，τ＝n_effL/c，其中neff是光纤的有效折射率,L是光纤环长。使用正弦波相位调制时，

φ_m0(t)＝φ₀sin(ω_mt) 公式(3)

所检测信号的频率成分如下：

其中，可由下面的方程解出来

I(4ω_m)/I(2ω_m)＝J₄(φ_m)/J₂(φ_m) 公式(6)

其中I(4ω_m)，I(2ω_m)为光电探测器所检测到光强的四次谐波和二次谐波。最后，利用一次谐波和二次谐波可以检测得到萨格纳克相移