[发明专利]一种基于偏振模复用的差分光纤陀螺

说明书

本发明属于光纤陀螺技术领域，具体涉及一种基于偏振模复用的差分光纤陀螺，旨在解决现有光纤陀螺受到温度等环境因素影响而产生性能劣化的问题。本发明包括：宽谱光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、保偏光纤环、偏振模式复用模块、第一光电探测器、第二光电探测器和数字闭环检测模块；偏振模式复用模块包括3D多功能集成光学调制器、第一偏振分束器、第二偏振分束器；3D多功能集成光学调制器上下表面集成了两个互为镜像的Y波导调制器；数字闭环检测模块，用于接收第一光电探测器和第二光电探测器的探测电信号，并进行检测和处理后输出。本发明能有效消除由温度、振动和磁等环境因素波动带来的相位误差，同时能提高光纤陀螺敏感系数。

技术领域

本发明属于光纤陀螺技术领域，具体涉及一种基于偏振模复用的差分光纤陀螺。

背景技术

光纤陀螺(FOG：Fiber Optic Gyroscope)基于Sagnac效应实现旋转运动传感，由光纤和光波器件组成，无运动部件，重量轻、可靠性高。在国防、航空航天、天体运动观测、无人载体等领域具有广泛应用价值，是目前惯性技术领域的主流陀螺仪表。

干涉型光纤陀螺仪在零漂和噪声等指标都已达到很高的水平，目前使用高功率宽谱光源可以有效抑制相干后向散射、散粒噪声和热噪声等噪声项，而剩余的光源相对强度噪声(RIN：Relative Intensity Noise)也可采用RIN噪声相消电路或光路、过调制、维纳滤波器等技术降至极低水平。在稳定无干扰的环境中，光纤陀螺零漂可达到小于10^-5°/h的水平，标度因数稳定性也能达到1ppm。然而陀螺的性能除了与本身的结构有关之外，与周围环境的关系也十分密切，温度、辐射、磁场等环境因素都会对陀螺性能产生不利影响，最终在检测相位中引入相位误差，导致零偏漂移。

在一般情况下，光纤陀螺都会面临温度带来的影响，温度会随时间发生变化，由于时变温度影响光纤敏感环，会造成非互易相位误差，传统的抑制方法如对称绕环、隔热结构、模型补偿等会有一定的效果，但残余的温度漂移误差依然是限制光纤陀螺性能的主要因素。在一些如航空航天应用的情况下，光纤陀螺还会面临空间辐射、振动、磁等恶劣环境，光纤敏感环会受到严重影响，陀螺性能也会严重劣化。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有光纤陀螺受到温度等环境因素影响而产生性能劣化的问题，本发明提出了一种基于偏振模复用的差分光纤陀螺，所述差分光纤陀螺包括宽谱光源、第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、保偏光纤环；所述差分光纤陀螺还包括：偏振模式复用模块、第一光电探测器、第二光电探测器和数字闭环检测模块；

所述偏振模式复用模块包括3D多功能集成光学调制器、第一偏振分束器、第二偏振分束器；所述3D多功能集成光学调制器的上下表面分别集成了第一Y波导调制器和第二Y波导调制器；

所述第一Y波导调制器、第一偏振分束器的快轴、第二偏振分束器的快轴和保偏光纤环的快轴构成第一光纤敏感环路；所述第二Y波导调制器、第一偏振分束器的慢轴、第二偏振分束器的慢轴和保偏光纤环的慢轴构成第二光纤敏感环路；

宽谱光源经所述第一耦合器分出的第一束光、所述第二耦合器、所述第一光纤敏感环路和所述第一光电探测器构成第一光纤陀螺；宽谱光源经所述第一耦合器分出的第二束光、所述第三耦合器、所述第二光纤敏感环路和所述第二光电探测器构成第二光纤陀螺；所述第一光纤陀螺、所述第二光纤陀螺构成差分光纤陀螺；

所述数字闭环检测模块，用于接收第一光电探测器和第二光电探测器的探测电信号，对探测电信号进行检测和处理后输出，同时向所述偏振模式复用模块施加两路方波调制信号和反馈阶梯波调制信号。

在一些优选的实施方式中，所述第一光纤陀螺与所述第二光纤陀螺互为镜像、相互独立、角速度敏感面矢量方向相反；