一種光路結構開環(huán)陀螺及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光路結構開環(huán)陀螺及其工作方法，包括光源，光源通過第一端口纖連接至耦合器，耦合器通過第二端口纖連接至偏振分光器，偏振分光器通過第三端口纖和第四端口纖連接至光纖環(huán)，還包括探測器，探測器通過第五端口纖連接至耦合器，所述光纖環(huán)中設有相位調(diào)制器。本發(fā)明無需細徑特種光纖，也不需要高精密的在線制作光器件的平臺，大大降低產(chǎn)品組裝工藝難度，在保證產(chǎn)品精度的同時提高了產(chǎn)品的可靠性，為開環(huán)陀螺的市場普及奠定了基礎。
【專利說明】
一種光路結構開環(huán)陀螺及其工作方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感技術領域，具體涉及一種光路結構開環(huán)陀螺及其工作方法。
【背景技術】
[0002]開環(huán)陀螺具有體積小、重量輕、結構簡單及相對優(yōu)異的性能在中低精度領域具有廣闊市場潛力。
[0003]目前采用開環(huán)結構的單光纖光纖陀螺原理如圖1所示，它的工作過程是:在線耦合的SLD光源發(fā)出的光經(jīng)光源親合器分光后，有一半的光進入偏振器，并產(chǎn)生單模單偏振態(tài)的光。起偏后的光進入光纖環(huán)親合器，被分成順時針方向和逆時針方向的兩束光滿足相干條件，并在光纖環(huán)中傳播。當光纖環(huán)繞其中心軸發(fā)生轉動后，產(chǎn)生了 Sagnac效應，從而使在光纖環(huán)耦合器處的干涉光強發(fā)生變化。由在線耦合的光電探測器PIN芯片檢測出變化的光強，經(jīng)處理后便得到轉動角速度。在光路中加入了相位調(diào)制器PZT。經(jīng)過調(diào)制、解調(diào)后，該系統(tǒng)得到了能區(qū)分正反轉的線性化輸出。但是經(jīng)典開環(huán)方案光路制作復雜，加工工藝不成熟，需要高成本的專用設備，，制作出的偏振器消光比只有26dB，導致陀螺系統(tǒng)精度偏低，而在線耦合的光電器件耦合效率低下，為提高系統(tǒng)信號信噪比需要加大光源的驅動電流，直接導致陀螺系統(tǒng)功耗過大，限制了其行業(yè)應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種光路結構開環(huán)陀螺及其工作方法，以克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明無需細徑特種光纖，也不需要高精密的在線制作光器件的平臺，大大降低產(chǎn)品組裝工藝難度，在提高產(chǎn)品精度的同時提高了產(chǎn)品的可靠性，為開環(huán)陀螺的市場普及奠定了基礎。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]—種光路結構開環(huán)陀螺，包括光源，光源通過第一端口纖連接至耦合器，耦合器通過第二端口纖連接至偏振分光器，偏振分光器通過第三端口纖和第四端口纖連接至光纖環(huán)，還包括探測器，探測器通過第五端口纖連接至耦合器，所述光纖環(huán)中設有相位調(diào)制器。
[0007]進一步地，所述光源為SLD光源。
[0008]進一步地，所述偏振分光器為鈮酸鋰Y波導光學器件。
[0009]進一步地，所述耦合器為微光學耦合器或拉錐耦合器。
[0010]進一步地，所述第一端口纖、第二端口纖、第三端口纖、第四端口纖以及第五端口纖均為包層為80μηι或125μηι的熊貓保偏光纖。
[0011 ]進一步地，所述光源采用同軸封裝或蝶型封裝;所述探測器采用同軸封裝。
[0012]—種光路結構開環(huán)陀螺的工作方法，光源發(fā)出的光經(jīng)親合器后直接進入偏振分光器，經(jīng)過偏振分光器后，產(chǎn)生兩束偏振態(tài)和光強相同的光進入到光纖環(huán)并以順時針和逆時針方向相向傳播，這兩束光滿足相干條件，當光纖環(huán)繞其中心軸發(fā)生轉動后，在偏振分光器處的干涉光強發(fā)生變化，由探測器檢測出變化的光強，經(jīng)處理后得到轉動角速度。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果:
[0014]本發(fā)明采用偏振分光器取代原有偏振器和耦合器的功能，而現(xiàn)有技術中偏振器和耦合器需要在線拉錐和晶體生長，需求設備復雜高昂，工藝難度大，成品率低，其拉錐結構也決定其耐沖擊性能差，存在固有3dB插損等缺陷，本發(fā)明整個光路系統(tǒng)偏振分光器消光比高達35dB以上，在減少光路系統(tǒng)器件數(shù)目的基礎上大幅降低了偏振串音對陀螺精度的影響，同時減少了干涉后的信號光3dB插損，本發(fā)明采用分立小型化器件在降低系統(tǒng)插損的基礎上實現(xiàn)了易組裝，易維護，低功耗，高可靠，高精度等特性，不需要高精密的在線制作光器件的平臺，大大降低產(chǎn)品組裝工藝難度，在保證產(chǎn)品精度的同時提高了產(chǎn)品的可靠性，為開環(huán)陀螺的市場普及奠定了基礎，同時本發(fā)明在產(chǎn)品組裝或使用環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時可方便拆卸更換，產(chǎn)品一致性好，克服了現(xiàn)有技術中單光纖光路出現(xiàn)問題無法維修，必須所有光路結構重新制作，難度大，成本高的問題。
[0015]進一步地，本發(fā)明采用鈮酸鋰Y波導工藝器件實現(xiàn)起偏和分光功能，鈮酸鋰Y波導工藝成熟，產(chǎn)品可靠性高，具有消光比高(35dB)，耐沖擊(100G)，插損小等特點。
[0016]進一步地，本發(fā)明耦合器除可用微光學耦合器外，也可采用拉錐耦合器，避免現(xiàn)有技術中的3dB光強損失，提高系統(tǒng)的信噪比。
[0017]進一步地，本發(fā)明中光纖采用技術工藝成熟的包層為80μπι或125μπι的熊貓保偏光纖，偏振串音小，成本低，配套設備齊全，而現(xiàn)有技術中采用40μπι橢圓光纖，生產(chǎn)難度大，成本高，加工配套設備需定制，不利于規(guī)模生產(chǎn)。
[0018]進一步地，本發(fā)明的光源可采用同軸封裝或蝶型封裝等多種形式光源，光強，結構等參數(shù)易于調(diào)節(jié)，可靠性高，批次性好，現(xiàn)有技術僅限于裸芯片耦合光源，需要特種設備，耦合難度大，批量生產(chǎn)一致性差，且裸光源結構在惡劣環(huán)境下有易失效等缺陷;本發(fā)明的探測器可選用同軸封裝，可靠性高，抗電磁干擾，產(chǎn)品一致性好，現(xiàn)有技術采用單纖在線耦合探測器芯片，操作難度大，可靠性差。
[0019]本發(fā)明方法工作方法利用微光學親合器和偏振分光器取代原有拉錐式三個光器件方案，在光路結構上減少了 6dB的光強插損，同時器件保證了高消光比的信號光產(chǎn)生與傳輸，大大提高了系統(tǒng)的信噪比與精度。
【附圖說明】
[0020]圖1是目前采用開環(huán)結構的單光纖光纖陀螺原理圖；
[0021]圖2是本發(fā)明的光路結構開環(huán)陀螺原理圖。
[0022]其中，1、第一端口纖；2、第二端口纖；3、第三端口纖;4、第四端口纖；5、第五端口纖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述:
[0024]參見圖2，一種光路結構開環(huán)陀螺，包括SLD光源，光源采用同軸封裝或蝶型封裝，SLD光源通過第一端口纖I連接至耦合器，所述耦合器為微光學耦合器或拉錐耦合器，耦合器通過第二端口纖2連接至偏振分光器，所述偏振分光器為鈮酸鋰Y波導工藝制作器件，偏振分光器通過第三端口纖3和第四端口纖4連接至光纖環(huán)，還包括探測器，探測器采用同軸封裝，探測器通過第五端口纖5連接至耦合器，所述光纖環(huán)中設有PZT相位調(diào)制器，第一端口纖1、第二端口纖2、第三端口纖3、第四端口纖4以及第五端口纖5均為包層為80μπι或125μπι的熊貓保偏光纖，且第一端口纖1、第二端口纖2、第三端口纖3、第四端口纖4以及第五端口纖5均為用于連接端口的光纖。
[0025]—種光路結構開環(huán)陀螺的工作方法，光源發(fā)出的光經(jīng)親合器后直接進入偏振分光器，經(jīng)過偏振分光器后，產(chǎn)生兩束偏振態(tài)和光強相同的光進入到光纖環(huán)并以順時針和逆時針方向相向傳播，這兩束光滿足相干條件，當光纖環(huán)繞其中心軸發(fā)生轉動后，在偏振分光器處的干涉光強發(fā)生變化，由探測器檢測出變化的光強，經(jīng)處理后得到轉動角速度。
[0026]下面對本發(fā)明的實施過程作進一步詳細說明:
[0027]本發(fā)明的開環(huán)光纖陀螺原理如圖2所示。它的工作過程是:光源SLD發(fā)出的光經(jīng)光源耦合器進入偏振分光器，它產(chǎn)生單模單偏振態(tài)的光并分為等光強等偏振態(tài)的進入光纖環(huán)，并在光纖環(huán)中相向傳播，分成順時針和逆時針方向的兩束光滿足相干條件。當光纖環(huán)繞其中心軸發(fā)生轉動后，產(chǎn)生了 Sagnac效應，從而使在偏振分光器處的干涉光強發(fā)生變化。由光電探測器PIN檢測出變化的光強，經(jīng)處理后便得到轉動角速度。為了提高檢測系統(tǒng)的靈敏性，在光路中加入了相位調(diào)制器ΡΖΤ。經(jīng)過調(diào)制、解調(diào)后，該系統(tǒng)得到了既靈敏度高，同時又能區(qū)分正反轉的線性化輸出。
【主權項】
1.一種光路結構開環(huán)陀螺，其特征在于，包括光源，光源通過第一端口纖(I)連接至耦合器，耦合器通過第二端口纖(2)連接至偏振分光器，偏振分光器通過第三端口纖(3)和第四端口纖(4)連接至光纖環(huán)，還包括探測器，探測器通過第五端口纖(5)連接至耦合器，所述光纖環(huán)中設有相位調(diào)制器。2.根據(jù)權利要求1所述的一種光路結構開環(huán)陀螺，其特征在于，所述光源為SLD光源。3.根據(jù)權利要求1所述的一種光路結構開環(huán)陀螺，其特征在于，所述偏振分光器為鈮酸鋰Y波導光學器件。4.根據(jù)權利要求1所述的一種光路結構開環(huán)陀螺，其特征在于，所述耦合器為微光學耦合器或拉錐耦合器。5.根據(jù)權利要求1所述的一種光路結構開環(huán)陀螺，其特征在于，所述第一端口纖(1)、第二端口纖(2)、第三端口纖(3)、第四端口纖(4)以及第五端口纖(5)均為包層為80μπι或125μπι的熊貓保偏光纖。6.根據(jù)權利要求1所述的一種光路結構開環(huán)陀螺，其特征在于，所述光源采用同軸封裝或蝶型封裝;所述探測器采用同軸封裝。7.—種權利要求1至6任一項所述光路結構開環(huán)陀螺的工作方法，其特征在于，光源發(fā)出的光經(jīng)親合器后直接進入偏振分光器，經(jīng)過偏振分光器后，產(chǎn)生兩束偏振態(tài)和光強相同的光進入到光纖環(huán)并以順時針和逆時針方向相向傳播，這兩束光滿足相干條件，當光纖環(huán)繞其中心軸發(fā)生轉動后，在偏振分光器處的干涉光強發(fā)生變化，由探測器檢測出變化的光強，經(jīng)處理后得到轉動角速度。
【文檔編號】G01C19/72GK105865435SQ201610272570
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】王輝, 杜鵑, 楊鳳, 楊一鳳
【申請人】西安中科華芯測控有限公司