CN103398709A - 一种光纤陀螺仪全保偏光路 - Google Patents

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李光辉
刘平
田凤
王树春
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Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺仪全保偏光路，包括高偏SLD光源、保偏分束器、Y波导和保偏光纤环；所述高偏光源经保偏分束器后输入Y波导，Y波导的两条尾纤与保偏光纤环的两端相连；所述保偏分束器还连有一探测器，通过保偏分束器对经Y波导返回的光波信号进行分束，从而对经Y波导返回的光波信号进行探测并转换为电信号交由后续解算电路进行解算。本发明能够抑制整个光路中偏振交叉耦合，从而抑制光纤陀螺仪偏振噪声，提升光纤陀螺仪的精度。

Description

一种光纤陀螺仪全保偏光路
技术领域
本发明涉及光纤陀螺仪技术领域，尤其涉及一种光纤陀螺仪全保偏光路。
 
背景技术
光纤陀螺仪由于其具有全固态、无运动部件、可靠性高、响应快、结构灵活、潜在精度高、测量范围宽、使用寿命长等优点，广泛应用在各个领域。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。但是，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。
目前，我国光纤陀螺仪普遍采用的混偏光路方案，即采用低偏SLD光源加Y波导再加保偏光纤环的光路方案。这种方案中由于Y波导前段光路采用的非保偏光路(单模光纤)，不能对光波偏振态进行精确控制，因此偏振交叉耦合带来的偏振噪声势必会影响光纤陀螺仪的整体性能。因此，对光纤陀螺仪的光路重新进行设计，从整体考虑抑制整个光路中偏振交叉耦合的新型光路方案对于抑制光纤陀螺仪偏振噪声、提升光纤陀螺仪性能具有十分重要的意义。
 
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种光纤陀螺仪全保偏光路，能够抑制整个光路中偏振交叉耦合，从而抑制光纤陀螺仪偏振噪声，提升光纤陀螺仪的精度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种光纤陀螺仪全保偏光路，其特征在于：包括高偏SLD光源、保偏分束器、Y波导和保偏光纤环；所述高偏光源经保偏分束器后输入Y波导，Y波导的两条尾纤与保偏光纤环的两端相连；所述保偏分束器还连有一探测器，通过保偏分束器对经Y波导返回的光波信号进行分束，从而对经Y波导返回的光波信号进行探测并转换为电信号交由后续解算电路进行解算。
进一步地，所述高偏SLD光源的偏振度为0.90或以上。
进一步地，所述保偏光纤环包括光纤环环体和保偏光纤，并采用四级对称绕制方法绕制而成： 
1）将保偏光纤分置于两个分纤环体(A和B)上,两个分纤环体各分一半保偏光纤；
2）从保偏光纤的中点开始绕起；
3）先在光纤环环体上绕制一层分纤环体A上的保偏光纤；
4）再在光纤环环体上绕制两层分纤环体上B的保偏光纤；
5）然后再在光纤环环体上绕制一层分纤环体A上的保偏光纤；
6）重复步骤3）——5），直至光纤环绕制完成。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明直接采用高偏SLD光源(偏振态纯度高的SLD光源)，配合保偏分束器、Y波导和保偏光纤环形成全保偏光路，全保偏光路与传统的混偏光路的主要区别在于传统混偏光路的光源是低偏光源，即输出光波中的偏振态很多，纯度不高，这些偏振态是经过Y波导时利用Y波导的起偏功能进行滤除的，只保留了一个偏振态，由于滤除大量的其他偏振态光波，这对于光源的利用率不高，另一方面由于光源发射的光波在经过Y波导进行滤除偏振态之前还要经过光源尾纤、单模耦合器、Y波导的输入尾纤等光路(光纤)，在这些光路中传输时由于光纤的双折射作用，各个偏振态之间还存在着复杂的偏振交叉耦合作用，这些偏振交叉耦合作用所带来的负面影响是无法得到有效控制的；而全保偏光路方案可以有效的解决上述问题，首先光源本身发射的光波的偏振态纯度高(这是高偏光源的含义)，在经过Y波导时不会出现滤除大量的其他偏振态光波，有效的提高了光源光波的利用率，其次光源和Y波导之间采用保偏光路，保偏光路能够保持光源发射光波的偏振态，可以控制光源到Y波导之间光路的偏振交叉耦合作用，有效的减小这些偏振交叉耦合作用所引起的偏振噪声。
本发明采用新型的全保偏光路方案有效的抑制了光纤陀螺仪中的噪声(把光纤陀螺仪噪声由0.048336°/h降低到0.020029°/h)，提高了光纤陀螺仪的输出稳定性和精度水平，提高了光纤陀螺仪的成品率，降低了光纤陀螺仪的成本。
 
附图说明
图1是本发明全保偏光路的原理图。
图2是采用常规光路的光纤陀螺仪输出曲线。
图3是采用本发明全保偏光路的光纤陀螺仪输出曲线。
 
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例：参见图1，一种光纤陀螺仪全保偏光路，包括高偏SLD光源(偏振态纯度高的SLD光源)、保偏分束器、Y波导和保偏光纤环；所述高偏光源经保偏分束器后输入Y波导，Y波导的两条尾纤与保偏光纤环的两端相连。所述保偏分束器还连有一探测器，通过保偏分束器对经Y波导返回的光波信号进行分束，从而对经Y波导返回的光波信号进行探测并转换为电信号交由后续解算电路进行解算。具体实施时，所述高偏SLD光源的偏振度为0.90或以上,能更好地保证SLD光源的偏振态纯度。
采用高偏SLD光源和保偏分束器替换了低偏SLD光源和单模耦合器；SLD发出的光波为高偏振度的线偏振光；保偏分束器能够保持光波的线偏振态不变；Y波导将线偏振光分为两束，同时将正交偏振态的光波进行进一步滤除；使得光纤陀螺仪的噪声得到了有效抑制。
所述保偏光纤环包括光纤环环体和保偏光纤，并采用四级对称绕制方法绕制而成： 
1）将保偏光纤分置于两个分纤环体(A和B)上,两个分纤环体各分一半保偏光纤；
2）从保偏光纤的中点开始绕起；
3）先在光纤环环体上绕制一层分纤环体A上的保偏光纤；
4）再在光纤环环体上绕制两层分纤环体上B的保偏光纤；
5）然后再在光纤环环体上绕制一层分纤环体A上的保偏光纤；
6）重复步骤3）——5），直至光纤环绕制完成。保偏光纤从光纤环环体的一端绕制到另一端即为一层，保偏光纤的绕制层数必是4的倍数，且绕制顺序为ABBAABBAABBAABBA...........，ABBA为循环单元，此绕制方法称为四极对称绕制方法。
采用该方法绕制保偏光纤环，即四极对称绕制方法的好处如下：
顺时针和逆时针传输的光波在通过光纤环中某一点A时(光纤环的中点除外)的时刻不同，这就会造成不同时刻通过相同的点A时的温度不同，而这种温度差异会造成非互易性相位误差(也称为shupe误差)。为了有效的降低shupe误差的影响，特此采用四极对称绕制方法。四极对称绕制方法使得关于光纤环中点对称的位置紧挨着，即使得光纤环中温度场关于光纤环中点对称，这就会大大的减小温度差异所造成的影响。
参见图2、图3，本发明公开的全保偏光路，有效的抑制了光纤陀螺仪中的噪声，把光纤陀螺仪噪声由0.048336°/h降低到0.020029°/h。根据光纤陀螺仪相关资料，光纤陀螺仪的噪声主要由短期的陀螺仪数据零偏稳定性(零漂)，我们对混偏方案(传统光路方案)的陀螺数据进行分析，如图2所示，同时对全保偏光路方案的陀螺数据进行分析，如图3所示。可得到以下数据表（参见表1），由表中数据可以明显看出，全保偏光路方案对于抑制偏振噪声、提高陀螺仪的性能和精度是非常有效的。
表1 光纤陀螺仪噪声数据对比表
方案名称 噪声水平(零漂)°/h 备注
混偏方案 0.048336  
全保偏光路方案 0.020029  
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种光纤陀螺仪全保偏光路，其特征在于：包括高偏SLD光源、保偏分束器、Y波导和保偏光纤环；所述高偏光源经保偏分束器后输入Y波导，Y波导的两条尾纤与保偏光纤环的两端相连；所述保偏分束器还连有一探测器，通过保偏分束器对经Y波导返回的光波信号进行分束，从而对经Y波导返回的光波信号进行探测并转换为电信号交由后续解算电路进行解算。
2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺仪全保偏光路，其特征在于：所述高偏SLD光源的偏振度为0.90或以上。
3.根据权利要求1或2所述的一种光纤陀螺仪全保偏光路，其特征在于：所述保偏光纤环包括光纤环环体和保偏光纤，并采用四级对称绕制方法绕制而成： 
1）将保偏光纤分置于两个分纤环体(A和B)上,两个分纤环体各分一半保偏光纤；
2）从保偏光纤的中点开始绕起；
3）先在光纤环环体上绕制一层分纤环体A上的保偏光纤；
4）再在光纤环环体上绕制两层分纤环体上B的保偏光纤；
5）然后再在光纤环环体上绕制一层分纤环体A上的保偏光纤；
6）重复步骤3）——5），直至光纤环绕制完成。
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