CN102147506A - 基于45度倾斜角光纤光栅技术的单偏振光纤谐振腔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于45度倾斜角光纤光栅技术的单偏振光纤谐振腔。它包括PM光纤耦合器、输出端、输入端、45度倾斜角的光纤布拉格光栅和熔接点；PM光纤耦合器设有输出端、输入端，输出端与输入端之间设有熔接点，在输出端上写入45度倾斜角的光纤布拉格光栅，作为光纤谐振腔的起偏器。本发明的起偏器插入损耗小，光纤布拉格光栅写在PM光纤上，克服了单偏振光纤等偏振器件本身损耗大、与光纤谐振腔的熔接损耗以及模式直径不匹配等的缺陷，因此基于45度倾斜角光纤光栅技术的单偏振光纤谐振腔不仅克服了偏振波动的噪声，而且清晰度高，能够应用谐振式光纤陀螺或者其他的传感领域，具有重要的科学意义与应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于45度倾斜角光纤光栅技术的单偏振光纤谐振腔。
背景技术
光纤环形谐振腔是谐振式光纤陀螺（Resonator Fiber-Optic Gyro, RFOG）的核心敏感部件，将一个2×2光纤耦合器的其中一个输出端，通过一个熔接点反馈连接到其中一个输入端，就构成了一个最基本的反射式谐振腔结构。在光纤环形谐振腔中，除了特殊情况外，存在两个本征偏振态（Eigenstate of polarization，ESOP）。通常情况下，一个ESOP与另一个ESOP是正交的。由于环境因素的影响，ESOP的形态是变化的，并且彼此独立运动，这样就在陀螺的输出中产生噪声。偏振波动噪声是谐振式光纤陀螺系统中重要的光学噪声源之一。为克服偏振波动噪声影响，研究谐振式光纤陀螺的学者，多采用保偏光纤研制谐振腔，克服单模光纤的偏振不稳定性。虽然采用保偏光纤研制谐振腔，但其固有双折射率受环境影响严重，导致其本征偏振态（Eigenstate of Polarization, ESOP）随环境波动也比较严重。因此，后期的RFOG研究多采用改进的保偏光纤谐振腔，抑制偏振波动噪声。
保偏光纤的双折射率随温度变化时，会导致光纤谐振腔的两个ESOPs各自所对应的谐振光波发生叠加与干涉效应，引起谐振曲线的不对称性和ESOPs之间的干涉，导致谐振频率点的检测误差，进而引起陀螺的输出误差，这就是偏振波动噪声的主要因素。为了克服光纤谐振腔的偏振波动噪声，学者们提出了多种结构的光纤谐振腔，概括而论，这些光纤谐振腔可分为两类：一类是偏振旋转的光纤谐振腔，一类是单偏振光纤谐振腔。偏振旋转的光纤谐振腔，在腔内一次或两次90度熔接保持两个ESOPs的相对稳定，抑制偏振波动噪声。单偏振光纤谐振腔，通过在腔内加入偏振器件，彻底抑制了1个ESOP的谐振，有且只有一个稳定的ESOP在腔内谐振。
单偏振光纤谐振腔，在腔内加入偏振器件（单偏振光纤或者起偏器）损耗某个ESOP，破坏其谐振的条件，从而实现了单偏振的谐振特性，从源头上抑制了偏振波动噪声。理论上，它是优于偏振旋转的光纤谐振腔。因为偏振旋转的光纤谐振腔内有2个ESOPs的存在，会引起其他的次生效应，比如次生Kerr效应。但是，按照目前的工艺水平，偏振器件（单偏振光纤或者起偏器）的损耗大，受限于偏振器件本身的损耗、与光纤谐振腔的熔接损耗以及模式直径不匹配等问题，因此单偏振光纤谐振腔的清晰度差，不能应用于RFOG或者其他的传感领域。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于45度倾斜角光纤光栅技术的单偏振光纤谐振腔结构。
基于45度倾斜角光纤光栅技术的单偏振光纤谐振腔包括PM光纤耦合器、输出端、输入端、45度倾斜角的光纤布拉格光栅和熔接点；PM光纤耦合器设有输出端、输入端，输出端与输入端之间设有熔接点，在输出端上写入45度倾斜角的光纤布拉格光栅，作为单偏振光纤谐振腔的起偏器。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
1）基于45度倾斜角光纤布拉格光栅的光纤起偏器插入损耗小，光纤布拉格光栅写在PM光纤上，克服了单偏振光纤等偏振器件本身损耗大、与光纤谐振腔的熔接损耗以及模式直径不匹配等的缺陷，因此基于45度倾斜角光纤光栅技术的单偏振光纤谐振腔不仅克服了偏振波动的噪声，而且清晰度高，能够应用RFOG或者其他的传感领域；
2）基于45度倾斜角光纤布拉格光栅的光纤起偏器，重量轻，体积小，直接写在PM光纤上，是光纤器件，实现了起偏器件和PM光纤的无缝连接。
附图说明
图１是基于45度倾斜角光纤光栅技术的单偏振光纤谐振腔结构示意图；
图２是45度倾斜角的PM光纤布拉格光栅示意图；
图中：PM光纤耦合器１，PM光纤耦合器的输出端２，PM光纤耦合器的输入端３，45度倾斜角的PM光纤布拉格光栅４，PM光纤耦合器输出端２和输入端３的熔接点５。
具体实施方式
如图1所示，基于45度倾斜角光纤光栅技术的单偏振光纤谐振腔包括PM光纤耦合器1、输出端2、输入端3、45度倾斜角的光纤布拉格光栅4和熔接点5；PM光纤耦合器1设有输出端2、输入端3，输出端2与输入端3之间设有熔接点5，在输出端2上写入45度倾斜角的光纤布拉格光栅4，作为单偏振光纤谐振腔的起偏器。
如图2所示，45度倾斜角的光纤布拉格光栅，在PM光纤上UV写入，折射率以n1和n2周期分布（n1≈n2），根据Brewster定律，当入射角θ=45度时，p光完全透射，而s光部分反射。这就是45度倾斜角的光纤布拉格光栅作为光纤起偏器的基本原理。
采用图2所示的光纤起偏器，只要在PM光纤上UV写入45度倾斜角的光纤布拉格光栅，就能对光纤谐振腔内的光起偏，构成一个单偏振的光纤谐振腔。基于45度倾斜角光纤布拉格光栅的光纤起偏器的偏振相关损耗（Polarization Dependent Loss, PDL）大于30dB，使得光纤谐振腔的两个ESOPs逼近PM光纤的快慢轴。假设45度倾斜角的光纤布拉格光栅对快轴有30dB的衰减，破坏了快轴的谐振条件，那么该谐振腔成为慢轴工作的单偏振光纤谐振腔，抑制了环境温度对谐振腔两个ESOPs的影响，提高了光纤谐振腔的偏振稳定性，抑制了偏振波动噪声。
Claims (1)
1.一种基于45度倾斜角光纤光栅技术的单偏振光纤谐振腔，其特征在于包括PM光纤耦合器（1）、输出端（2）、输入端（3）、45度倾斜角的光纤布拉格光栅（4）和熔接点（5）；PM光纤耦合器（1）设有输出端（2）、输入端（3），输出端（2）与输入端（3）之间设有熔接点（5），在输出端（2）上写入45度倾斜角的光纤布拉格光栅（4），作为单偏振光纤谐振腔的起偏器。
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