CN102878991B - 一种抑制光纤陀螺仪中y波导前偏振噪声的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抑制光纤陀螺仪中Y波导前偏振噪声的方法，包括如下步骤：Y波导采用快轴起偏模式，即在光源发出光波的两个偏振模式中，选取沿快轴传输的偏振模式作为探测信号，探测光纤环路的旋转信息。本发明通过抑制光纤陀螺中偏振噪声的方法，有效提高光纤陀螺仪的性能。采用本发明，能有效地抑制光纤陀螺仪的Y波导前偏振噪声，提高光纤陀螺仪的输出稳定性，提高光纤陀螺仪的成品率，降低光纤陀螺仪的成本。

Description

一种抑制光纤陀螺仪中Y波导前偏振噪声的方法

技术领域

本发明涉及一种抑制光纤陀螺中Y波导前偏振噪声的方法。

背景技术

光纤陀螺仪是以光纤线圈为基础的敏感元件， 由激光二极管发射出的光波朝两个方向沿光纤传播。光传播路径的改变，决定了敏感元件的角位移。光纤陀螺仪与传统的机械陀螺仪相比，优点是全固态，没有旋转部件和摩擦部件，寿命长，动态范围大，瞬时启动，结构简单，尺寸小，重量轻。与激光陀螺仪相比，光纤陀螺仪没有闭锁问题，也不用在石英块精密加工出光路，成本低。

国外研究光纤陀螺仪时间较早，其研制生产水平也较高，早在上世纪末，以美国为首的西方发达国家就研制生产了精度达10^-4量级的高精度光纤陀螺仪。我国研制光纤陀螺仪比国外晚，其水平也与国外存在很大差距。随着近几年国家对光纤陀螺行业的高度重视，我国光纤陀螺行业有了很大的进步，而且已经能够研制生产中低精度水平光纤陀螺仪，并开始投入了军用和民用市场。

现有技术中，光纤陀螺仪中偏振噪声对光纤陀螺仪性能有很大影响，已经成为了光纤陀螺仪中最主要的一种光路噪声。偏振噪声按照产生类型可分为振幅型偏振噪声和强度型偏振噪声；按照产生位置可分为Y波导前偏振噪声和Y波导后偏振噪声(环路偏振噪声)。针对环路偏振噪声，已有大量文献资料等进行了研究，提出了保偏和消偏等解决方法。但是，针对Y波导前偏振噪声的产生原因及解决方法等，还没有见到相关报道。因此，研究和分析Y波导前偏振噪声的产生机理，并设法减小或消除此种偏振噪声，对于提高光纤陀螺仪的性能具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术中， 解决Y波导前偏振噪声尚无有效方法的不足，本发明的目的在于提供一种有效抑制光纤陀螺仪中Y波导前偏振噪声的方法。

实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种抑制光纤陀螺仪中Y波导前偏振噪声的方法，包括如下步骤：Y波导采用快轴起偏模式，即在光源发出光波的两个偏振模式中，选取沿快轴传输的偏振模式作为探测信号，探测光纤环路的旋转信息；

Y波导前各光学器件尾纤（只含保偏尾纤）长度满足以下关系：

                                                

式中，i,j,k,l=1,2,3,4,且i≠j≠k≠l；L₁为光源尾纤，L₂为消偏光纤，L₃为Y波导输入尾纤， L₄为Y波导输入尾纤至起偏模块的距离；Δn ₁为光源尾纤快慢轴折射率差，Δn ₂为消偏光纤快慢轴折射率差，Δn ₃为Y波导尾纤快慢轴折射率差，Δn ₄为Y波导内部快慢轴折射率差，L _c为光源光波的相干长度。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

现有技术只是分析了环路偏振噪声，并通过采用保偏光纤线圈绕制光纤环路或增加消偏器等方法减小了环路中偏振噪声；而本发明是对另外一种新型的偏振噪声进行了分析，并提出了有效的抑制方法；在现有技术的基础上，本发明通过抑制光纤陀螺中偏振噪声的方法，有效提高光纤陀螺仪的性能。

采用本发明，能有效地抑制光纤陀螺仪的Y波导前偏振噪声，提高光纤陀螺仪的输出稳定性，提高光纤陀螺仪的成品率，和降低光纤陀螺仪的成本。

附图说明

图1是光纤陀螺仪Y波导前偏振噪声形成示意图。

图2是光纤陀螺仪在受Y波导前偏振噪声影响下的输出曲线。

图3是本发明采用Y波导快轴起偏方法的实验结果。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

一种抑制光纤陀螺仪中Y波导前偏振噪声的方法，包括如下步骤：Y波导采用快轴起偏模式，即在光源发出光波的两个偏振模式中，选取沿快轴传输的偏振模式作为探测信号，探测光纤环路的旋转信息。

本发明的原理依据是：

1、Y波导前偏振噪声分析：

参见图1，光源发光区发出的光波是部分偏振光，即有两个正交的偏振模式，保偏光纤是基于一种采用高应力下产生很强的双折射来保持光波偏振态的，保偏光纤具有两个轴——快轴（F轴）和慢轴（S轴）。保偏光纤保持光波偏振模式是基于下面一个条件：光波的偏振方向与保偏光纤的快轴（F轴）或慢轴（S轴）对准。由光纤陀螺仪光路可知，Y波导前有四段保偏光纤(耦合器采用单模耦合器，若为保偏耦合器即为五段保偏光纤，但不影响本发明的普遍适用性)，图1显示了四段保偏光纤连接以及快慢轴传输示意图；图中，L₁ 为光源尾纤，L₂  为消偏光纤，L₃ 为Y波导输入尾纤， L₄为Y波导输入尾纤至起偏模块的距离。

由于光源本身发射的光波是部分偏振光，即在Y波导前四段保偏光纤中快轴（F轴）和慢轴(S轴)具有光波传输，第四段保偏光纤后进入Y波导起偏模块，起偏模块的功能就是从S轴或F轴两个正交偏振模式中选取一个偏振模式通过。若Y波导采用S轴起偏模式(目前光纤陀螺仪用Y波导采用的起偏模式)，慢轴（S轴）上传输的光波即为探测信号，快轴（F轴）上传输的光波即为干扰信号，又由于各段保偏光纤的连接方式采用的是熔接，在光纤熔点附近由于熔化破坏了光纤保偏的结构或者熔接时慢轴（S轴）或快轴（F轴）角度对准误差的影响，在光纤熔点附近存在着较大的偏振交叉耦合，如图1所示。F轴信号在耦合到S轴上时，若同时满足光程差小于光波相干长度，这时干扰信号会与信号发生干涉，产生偏振噪声，该种偏振噪声与光纤环路中偏振交叉耦合引起的偏振噪声不同，它是Y波导前偏振噪声。该类型偏振噪声需满足两个条件：

①    存在偏振交叉耦合；

②    光程差在光波相干长度范围内；

其中，条件①由于光纤在熔接过程中对光纤结构的破坏，是必然存在的；条件②在各光学器件尾纤长度满足一定关系时是可以不成立的，即若要偏振噪声得到抑制，各光学器件尾纤长度须满足以下关系：

  ………………………..(1)

    式中，i,j,k,l=1,2,3,4,且i≠j≠k≠l；L₁为光源尾纤，L₂为消偏光纤，L₃为Y波导输入尾纤， L₄为Y波导输入尾纤至起偏模块的距离。Δn ₁为光源尾纤快慢轴折射率差；Δn ₂为消偏光纤快慢轴折射率差；Δn ₃为Y波导尾纤快慢轴折射率差；Δn ₄为Y波导内部快慢轴折射率差；L _c为光源光波的相干长度。

2、解决方案：

经过以上分析，选取沿S轴传输的信号作为探测信号时，F轴的干扰信号有可能与探测信号发生干涉并产生偏振噪声。然而，若选取F轴上传输的光波作为探测信号，无论F轴光波和S轴上光波在光纤熔点如何交叉耦合，一旦F轴信号耦合到S轴，耦合到S轴上光波无法“追上”F轴的光波，即光程差必然大于相干长度，即公式(1)的这些不等式必然满足。这样就不会发生干涉，Y波导前偏振噪声就可得到有效抑制。

因此，本发明的解决方案是选取沿快轴传输的光波作为探测信号，即Y波导采用快轴起偏模式。当然，Y波导在慢轴起偏模式下，根据公式(1)选择合适的尾纤长度组合，也不失为一种抑制Y波导前偏振噪声的方法。

3、试验结果：

采用Y快轴起偏模式后，光纤陀螺仪的典型输出曲线如图2所示。本发明方法能有效抑制光纤陀螺仪的Y波导前偏振噪声。

综上，在标准光纤陀螺的结构基础上，本发明首先对引起Y波导前偏振噪声的原因和机理进行了详细的分析，找出了基于目前采用的Y波导慢轴起偏模式，Y波导前各保偏光纤长度满足的条件；其次提出了解决方案；并对方案进行了实验验证，试验结果表明该方案可有效的抑制光纤陀螺仪Y波导前偏振噪声。

通过以上方案，Y波导前偏振噪声得到了有效抑制，提高了产品成立率，降低了产品成本。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种抑制光纤陀螺仪中Y波导前偏振噪声的方法，包括如下步骤：Y波导采用快轴起偏模式，即在光源发出光波的两个偏振模式中，选取沿快轴传输的偏振模式作为探测信号，探测光纤环路的旋转信息；其特征在于：

Y波导前各光学器件尾纤长度满足以下关系：

 

Y波导前各光学器件尾纤只含保偏尾纤；

式中，i,j,k,l=1,2,3,4,且i≠j≠k≠l；L₁为光源尾纤，L₂为消偏光纤，L₃为Y波导输入尾纤， L₄为Y波导输入尾纤至起偏模块的距离；Δn ₁为光源尾纤快慢轴折射率差，Δn ₂为消偏光纤快慢轴折射率差，Δn ₃为Y波导尾纤快慢轴折射率差，Δn ₄为Y波导内部快慢轴折射率差，L _c为光源光波的相干长度。