CN105164495A - 包括环形谐振器的光纤干涉式测量装置以及包括该装置的陀螺仪和惯性姿态或导航单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旨在测量物理参数(Ω_R)的光纤干涉式测量装置(100)，并且包括：宽谱光源(103)、萨尼亚克光纤干涉仪(110)和检测器(104)，在该萨尼亚克光纤干涉仪(110)中传播两个对向传播的光波(101、102)，该萨尼亚克光纤干涉仪(110)包括测量工具(1140)，该测量工具(1140)对导致两个光波之间的非互易相位差Δφ_p的物理参数敏感，并且该检测器(104)递送代表物理参数的电信号。根据本发明，测量工具包括在传输模式中的环形谐振器(1143)，该环形谐振器(1143)包括第一耦合器(1141)和第二耦合器(1142)，该第一耦合器(1141)和该第二耦合器(1142)分别将萨尼亚克干涉仪的第一臂(111)和第二臂(112)分别耦合到所述环形谐振器，通过这样的方式，两个光波以相反的行进方向(1143H、1143AH)行进。

Description

包括环形谐振器的光纤干涉式测量装置以及包括该装置的陀螺仪和惯性姿态或导航单元

技术领域

本发明涉及旨在测量物理参数的光纤干涉式测量装置。

其更特别地涉及包括萨尼亚克(SAGNAC)干涉仪的干涉式测量装置，该萨尼亚克干涉仪包括对待测物理参数敏感的测量工具。

在形成包括该干涉式测量装置的陀螺仪中以及在形成使用该陀螺仪的惯性姿态或导航单元中，本发明得到特别有益的应用。

背景技术

旨在测量物理参数的光纤干涉式测量装置从文献“光纤回转仪(Gyroscope)”(H.ArtechHouse,1993-参见特别是54页图3.26)中已知。

如图1所示，该干涉式测量装置1000包括：

-光源1003，其发射源光信号1003A，

-光纤萨尼亚克干涉仪1010，在其中传播第一光波1001和第二光波1002，第一光波和第二光波对向传播的，所述萨尼亚克干涉仪1010包括：

-输入端口1010A，其以向前方向接收输入光信号，

-分离器1013，在一方面，其连接到所述输入端口1010A，并且在另一方面，连接到所述萨尼亚克干涉仪1010的第一臂1011和第二臂1012，

-测量工具1014，其对待测的所述物理参数敏感，所述物理参数产生在所述两个对向传播光波1001、1002之间的非互易相位差Δφ_p，所述非互易相位差Δφ_p是所述物理参数的函数，以及

-输出端口1010B，其与所述输入端口1010A共用，以与向前方向相反的返回方向传输具有输出光功率的输出光信号，所述输出光功率是在所述两个对向传播光波之间的总相位差Δφ_t的函数，

-光学辐射检测器1004，其接收从所述萨尼亚克干涉仪1010退出的所述输出光功率，并且递送代表输出光功率的电信号，以及

-源耦合器1005，其以所述向前方向将所述光源1003耦合到萨尼亚克干涉仪1010的所述输入端口1010A，并且以所述返回方向将萨尼亚克干涉仪1010的所述输出端口1010B耦合到所述检测器1004。

该干涉式测量装置1000可例如用于干涉式光纤陀螺仪或“I-FOG”中。

如已知的，并且如图1所示，根据现有技术的干涉式测量装置1000的测量工具1014可包括光纤线圈旋转传感器1014A。

有利地，由光源1003发射的源光信号1003A具有宽谱，即该光源1003具有低时间相干性。那样，避免了易于干扰根据现有技术的干涉式测量装置1000的光学相干寄生(spurious)效应，例如在光纤中的相干后向散射或交叉偏振耦合。因此还抑制了非线性克尔(KERR)效应。

通常，线圈旋转传感器1014A的长度越长，那么根据现有技术的干涉式测量装置1000的性能，特别是其灵敏度和其信噪比越好。

然而，线圈传感器1014A的长度的增加使干涉式测量装置1000不仅更昂贵，而且对由SHUPE效应产生的热变化更敏感。

因此，有必要对萨尼亚克干涉仪的线圈旋转传感器1014A的长度达成妥协。

此外，从相同的文件(参见例如159至161页，段落11.1以及图11.1)已知谐振光纤陀螺仪或“R-FOG”，在其中测量工具包括传输模式光纤环形谐振器。

根据现有技术，并且如图2所示，该环形谐振器40包括第一门41和第二门42。

如已知的，入射到第一门41(然后被称为输入门)的光信号41A行进经过环形谐振器40，该环形谐振器40然后将传输的光信号42A传输到第二门42(然后被称为传输输出门)上。

如图2所示，该传输模式光纤环形谐振器40在其传输输出门42处通常具有在频率下(在赫兹下)的响应曲线T_L(f)，该响应曲线T_L(f)具有传输谐振峰43。

对应于传输的光信号42A的功率与入射光信号41A的功率之间的比率的环形谐振器40的该常规响应可通过给出如下来表征：

-自由谱范围ISL，其对应于在两个连续谐振峰43之间在频率下的距离，以及

-精细度F，其对应于在环形谐振器40的自由谱范围ISL与响应曲线T_L(f)的谐振峰43的在频率下的半最大处全宽度(thefullwidthathalfmaximum)(被表示为FWHM_R(f))之间的比率：因此后者越细，环形谐振器40的精细度F(在给定自由谱范围ISL处)是大的。

理论上，使用具有总长度L_R和精细度F的环形谐振器的R-FOG可以达到与具有F/2倍较大长度(即F*L_R/2)的光纤线圈旋转传感器的I-FOG相同的性能。

实际上，在使用环形谐振器的R-FOG中的SHUPE效应相对于I-FOG减小，这是由于它使用较短的光纤线圈的事实(参见例如Wang等的在OFS2012年的第22届关于光学纤维传感器的国际会议(北京)的SPIE论文集卷8421(2012年)中的“ResonatorFiber-OpticGyrowithBipolarDigitalSerrodyneModulationScheme”)。

然而，为了具有利益，使用根据现有技术的环形谐振器40的R-FOG不可以使用宽谱光源。根据现有技术的环形谐振器40必须必要地与窄谱光源结合使用。

当该光源谱的以波长(例如以纳米或nm)或在频率(例如太赫兹或THz)下的半最大处全宽度FWHM_S是这样：FWHM_S<ISL/(10*F)(自由谱范围ISL然后在波长或在频率下来表达)时，在此将认为光源是窄谱。

换句话说，如果该光源的半最大处全宽度FWHM_S至多是环形谐振器40的谐振峰的半最大处全宽度FWHM_R的十分之一，即如果FWHM_S<FWHM_R/10，那么光源将是窄谱。

该窄谱光源原则上具有大的时间相干性，由相干长度L_coh表征。

对于与具有总长度L_R和精细度F的环形谐振器结合使用的窄谱光源，该相干长度L_coh优选地高于总长度L_R与精细度F的乘积的十倍，即：L_coh>10*F*L_R。

在实践中，使用大的时间相干性的光源不允许达到非常高的性能，这是由于相干寄生效应，例如瑞利(RAYLEIGH)后向散射和交叉偏振耦合，以及由于非线性克尔效应。

特别地，使用该光源的谐振陀螺仪具有长期漂移，其经过长的持续时间妨碍测量精度。

发明内容

为了补救上面提及的现有技术的缺点，本发明提出一种干涉式测量装置，其允许在该干涉式测量装置中使用宽谱光源和适当长度的光纤测量工具，以便免于光源的相干效应并减小SHUPE效应以达到非常高的性能。

更精确地，本发明涉及光纤干涉式测量装置，其旨在测量物理参数，并且所述干涉式测量装置包括：

-宽谱光源，其发射源光信号，

-光纤萨尼亚克干涉仪，在其中传播对向传播的第一光波和第二光波，所述萨尼亚克干涉仪包括：

-输入端口，其以向前方向接收输入光信号，

-分离器，其在一方面连接到所述输入端口，并且在另一方面连接到所述萨尼亚克干涉仪的第一臂和第二臂，

-测量工具，其对待测的所述物理参数敏感，所述物理参数产生在所述两个对向传播光波之间的非互易相位差Δφ_p，所述非互易相位差Δφ_p是所述物理参数的函数，以及

-与所述输入端口共用的输出端口，其以与所述向前方向相反的返回方向传输具有输出光功率的输出光信号，所述输出光功率是在所述两个对向传播光波之间的总相位差Δφ_t和待测物理参数的函数，

-光学辐射检测器，其接收从所述萨尼亚克干涉仪退出的所述输出光功率，并且递送代表所述输出光功率的电信号，以及

-源耦合器，其以所述向前方向将所述光源耦合到所述萨尼亚克干涉仪的所述输入端口，并且以所述返回方向将所述萨尼亚克干涉仪的所述输出端口耦合到所述检测器。

根据本发明，所述萨尼亚克干涉仪的所述测量工具包括传输模式光纤环形谐振器，所述环形谐振器分别包括第一耦合器与第二耦合器，所述第一耦合器与所述第二耦合器分别将所述萨尼亚克干涉仪的所述第一臂与所述第二臂耦合到所述环形谐振器，使得在所述环形谐振器中的所述第一和第二光波以相反的方向循环。

因此，由于在测量工具中使用所述光纤环形谐振器，根据本发明的干涉式测量装置允许获得非常高的性能，而不受SHUPE效应或相干效应的限制。

换句话说，根据本发明的干涉式测量装置具有：

-基本上相当于根据现有技术的使用长度F*L_R/2的线圈旋转传感器的干涉式测量装置的性能的性能，其中F和L_R分别是在根据本发明的干涉式测量装置中使用的环形谐振器的精细度和总长度，以及

-基本上相当于呈现于使用相同长度的环形谐振器的R-FOG中的SHUPE效应的减小的SHUPE效应。

此外，因为在根据本发明的干涉式测量装置中使用的光纤的长度较短(大约短F/2倍)，该光纤干涉式测量装置的成本也较低。

最后，尽管使用该环形谐振器，然而使用宽谱光源是可能的，这允许特别是免于窄谱源的寄生效应，如瑞利后向散射、交叉偏振耦合和非线性克尔效应。

在此将认为，通过比较光源的光学特性与环形谐振器的光学特性，该光源是宽谱。更精确地，根据本发明，当该光源谱的在光学频率下的半最大处全宽度FWHM高于或等于环形谐振器的自由谱范围ISL的十倍即FWHM_S≥10*ISL时，光源是宽谱。

在实践中，光源的谱具有非常高的半最大处全宽度FWHM，高于环形谐振器的自由谱范围ISL的一百万倍，即FWHM≥10⁶*ISL≥ISL。

此外，以下是根据本发明的干涉式测量装置的其它优点和非限制性特征：

-所述环形谐振器包括至少一个第一光纤线圈，所述至少一个第一光纤线圈位于所述环形谐振器的在所述第一耦合器与所述第二耦合器之间的第一部分上；

-所述环形谐振器包括具有与所述第一光纤线圈相同长度L的第二光纤线圈，所述第二光纤线圈位于所述环形谐振器的第二部分上，所述第一和第二光纤线圈被所述第一耦合器和所述第二耦合器分开；

-所述环形谐振器包括光纤的两个附加的部分，所述两个附加的部分的长度总和等于2*L′，L′是分别在所述分离器与所述第一和第二耦合器之间确定的所述萨尼亚克干涉仪的所述第一和第二臂的长度的总和，所述两个附加的部分被布置在所述第二光纤线圈的任一侧上，在所述第二线圈与所述第一和第二耦合器中的一个之间；

-所述干涉式测量装置包括调制链，所述调制链适配于调制从所述萨尼亚克干涉仪退出的所述输出光功率P_OUT，所述调制链包括相位调制器，所述相位调制器被布置在所述分离器处并且在所述萨尼亚克干涉仪的所述第一和第二臂上，以在所述向前方向与所述返回方向之间将调制相移φ_m引入到在所述第一和第二臂中传播的所述第一和第二光波中的每一个上；

-所述调制相移φ_m在适当频率f_p(L)具有偏置相移分量φ_b，所述适当频率f_p(L)是所述第一光纤线圈的长度L的函数；

-所述调制相移φ_m在适当频率f_p(L+L′)具有偏置相移分量φ_b，所述适当频率f_p(L+L′)是长度L+L′的函数；

-所述调制相移φ_m具有反作用相移分量φ_r，所述反作用相移分量φ_r是持续时间τ_g(L)的阶梯调制，所述持续时间τ_g(L)是所述第一光纤线圈的长度L的函数。该持续时间τ_g(L)基本上对应在在环形谐振器的第一光纤线圈中的通路之后在萨尼亚克干涉仪中的对向传播光波的传播时间。

本发明在制造一种光纤陀螺仪中得到特别有益的应用，该光纤陀螺仪包括干涉式测量装置，该干涉式测量装置旨在测量围绕与萨尼亚克干涉仪的平面垂直的旋转轴的旋转速度。

因此，本发明还涉及包括根据本发明的干涉式测量装置的陀螺仪，待测的物理参数是所述陀螺仪围绕旋转轴的旋转速度的分量，所述非互易相位差Δφ_p的变化由待测的所述物理参数通过萨尼亚克效应来产生。

此外，本发明涉及包括至少一个该陀螺仪的惯性姿态或导航单元。

最后，本发明涉及包括根据本发明的干涉式测量装置的电流或磁场传感器，相位差的变化由待测的参数通过法拉第效应来产生。

附图说明

通过非限制性示例的方式给出的与附图相关的以下描述将允许理解由什么组成本发明以及可如何将其实施。

相关的解释允许理解各实施例的优点。

在附图中：

-图1示出根据现有技术的包括线圈旋转传感器的干涉式测量装置的示意图；

-图2是根据现有技术的传输模式光纤环形谐振器以及其在其传输输出门上在频率下的光传输曲线的示意图；

-图3示出根据第一实施例的包括对向传播传输模式环形谐振器的干涉式测量装置的示意图；

-图4是示出在根据本发明的干涉式测量装置的所有实施例中使用的作为光学频率f_opt的函数的光源的宽谱的曲线；

-图5是示出由图3的环形谐振器传输的光信号的在光学频率下的光谱的曲线；

-图6示出由图3的处于静止的干涉式测量装置的环形谐振器来以相反方向传输的光谱的叠加曲线；

-图7示出由图3的处于旋转运动中的干涉式测量装置的环形谐振器以相反方向传输的光谱的偏移曲线；

-图8是示出图3的干涉式测量装置的作为待测物理参数的函数并且没有调制的在光功率下的响应曲线；

-图9示出在图3的干涉式测量装置中使用的反作用(counter-reaction)相移调制；

-图10是根据第二实施例的包括对向传播的传输模式环形谐振器的干涉式测量装置的示意图；

-图11是根据第三实施例的包括对向传播的传输模式环形谐振器的干涉式测量装置的示意图。

具体实施方式

作为开始，应当注意，本发明不同实施例的完全相同或相似的元件将尽可能地由相同的参考标记来表明，并且将不再每次描述。

在图3、10和11中示出旨在测量物理参数的光纤干涉式测量装置100、200、300的三个实施例。

在下文中描述的干涉式测量装置100、200、300均包括光纤萨尼亚克干涉仪110、210、310，在该光纤萨尼亚克干涉仪110、210、310中传播第一光波101和对向传播的第二光波102，即这两个光波101、102在萨尼亚克干涉仪110、210、310中以相反的传播方向循环。在下文中将更详细地描述萨尼亚克干涉仪110、210、310的不同元件及其操作。

无限制地，在以下描述中将认为，在图3、10和11中示出的干涉式测量装置100、200、300的三个特定实施例是干涉式光纤陀螺仪(IFOG)的部分，在该干涉式光纤陀螺仪(IFOG)中，待测物理参数是所述陀螺仪围绕陀螺仪旋转轴的旋转速度的分量。该旋转速度的分量将被表示为Ω_R。

干涉式光纤陀螺仪围绕其旋转轴的旋转在第一光波101与第二光波102之间产生由萨尼亚克效应产生的非互易相位差Δφ_p。

基于对该非互易相位差Δφ_p的确定，陀螺仪的干涉式测量装置100、200、300然后测量陀螺仪的旋转速度的分量Ω_R。

作为变型，干涉式测量装置可以是电流或磁场传感器的一部分。在该情况中，在萨尼亚克干涉仪中传播的两个对向传播光波之间的非互易相位差Δφ_p的变化则由待测物理参数通过法拉第(FARADAY)效应来产生。

如在图3、10和11中示意性示出的，干涉式测量装置100、200、300首先包括光源103。

光源103在此是宽谱自发发射光源。例如它是掺杂有稀土(例如铒)的光纤ASE(“放大的自发发射”)光源，如那些在光学通信领域中所使用的。

该宽谱光源103发射源光信号103A，该源光信号103A的光谱S(f_opt)已经作为光学频率f_opt的函数示出。

该源光信号103A具有钟形(bell-shaped)谱：

-以平均频率f₀为中心，这样f₀＝193.5THz(对应于1.55微米的平均波长λ₀)，对于该f₀，由光源103发射的功率是最大并且等于S₀，并且

-在半最大处全宽度FWHMs处，对于半光功率S₀/2，这样FWHMs＝1THz(对应于大约8纳米的源波长中的半最大处全宽度)。

在下文中将看到，根据本发明，可以认为该光谱是宽谱。

源光信号103A沿着耦合到光源103输出的源光纤103F以向前方向传播。

源光信号103A传播到光纤源耦合器105的源端口105A。

如图3、10和11所示，干涉式测量装置100、200、300还包括光纤萨尼亚克干涉仪110、210、310，该光纤萨尼亚克干涉仪110、210、310中的元件将在下文中详细描述。

萨尼亚克干涉仪110、210、310首先包括以向前方向接收输入光信号110_IN的输入端口110A。

该输入端口110A连接到源耦合器105的干涉仪端口105B。

如此配置，源耦合器105以向前方向将光源103经由萨尼亚克干涉110、210、310的输入端口110A耦合到萨尼亚克干涉仪110、210、310。

换句话说，随着输入光信号110_IN到达萨尼亚克干涉仪110、210、310的输入，由干涉式测量装置100、200、300的光源103发射的宽谱源光信号103A被传输。

在图3、10和11中示出的实施例中，源耦合器105是“2乘以2”(“2×2”)的光纤耦合器或光学循环器。

如图3、10和11所示，干涉式测量装置100、200、300的萨尼亚克干涉仪110、210、310还包括连接到萨尼亚克干涉仪110、210、310的输入端口110A的分离器113。

该分离器113在此是在集成光学中的Y结耦合器113Y，该Y结耦合器113Y包括三个耦合端口113A、113B、113C，其分别连接到萨尼亚克干涉仪110、210、310的输入端口110A、第一臂111和第二臂112(例如参见图3、10和11)。

萨尼亚克干涉仪110、210、310的第一臂111和第二臂112在此均由优选地为单模和偏振保持的光纤的一部分形成。

作为变型，萨尼亚克干涉仪的第一臂和第二臂可以例如借助在集成光学中的波导来制成。

在向前方向上，该分离器113将经由输入端口110A接收的输入光信号110_IN分割到第一臂111中的一侧上和第二臂112中的另一侧上。

在分离器113的结113Y处分离之后，输入光信号110_IN产生出第一光波101以及第二光波102，该第一光波101和该第二光波102分别在萨尼亚克干涉仪110、210、310的第一臂111中和第二臂112中以输入方向传播。

有利地，分离器113在此是所谓的“50/50”的均衡分离器，即在分离器113的输出处，第一和第二光波101、102的相应幅度(以模表示)是相等的。

在沿着第一和第二臂111、112以输入方向传播之后，第一和第二光波101、102到达萨尼亚克干涉仪110、210、310的测量工具1140、2140、3140(参见图3、10和11)。

在图3、10和11中示出的不同的实施例中，干涉式测量装置100、200、300的测量工具1140、2140、3140包括光纤环形谐振器1143。

虽然环形谐振器1143在此是圆形的，但可以是任何其它环形几何形状。环形谐振器1143的直径将被表示为D_R。

该环形谐振器1143包括第一和第二光纤耦合器1141和1142。

第一耦合器1141和第二耦合器1142在此类似于源耦合器105，即这些是四端口2×2耦合器1141A、1141B、1141C、1141D、1142A、1142B、1142C、1142D。

第一和第二耦合器1141、1142的相应的第四端口1141D和1142D被制成不起作用的，并且通过这些端口1141D和1142D退出的光信号被吸收而不反射。

通常，可将第一耦合器1141和第二耦合器1142放置在沿着环形谐振器1143的环的任何地方。

通过无限制地，在此(参见图3、10和11)已经示出第一和第二耦合器1141、1142在沿着环形谐振器1143的圆形环的直径上相对的位置处。

如此布置，第一耦合器1141和第二耦合器1142划定环形谐振器的第一部分1143A和第二部分1143B(参见图3、10和11)，该第一部分1143A和该第二部分1143B的每一个在该第一耦合器1141与该第二耦合器1142之间延伸。

在下文中，在第一耦合器1141与第二耦合器1142之间沿着第一和第二部分1143A、1143B确定的第一和第二部分1143A、1143B的长度将分别被表示为L_A和L_B。

同样地，环形谐振器1143总长度，其因此等于第一部分1143A的长度L_A和第二部分1143B的长度L_B的总和，将被表示为L_R，即L_R＝L_A+L_B。

最后，如下将被表示：

-L′_A和L′_B为分别在分离器113与第一和第二耦合器1141、1142之间确定的萨尼亚克干涉仪110、210、310的第一和第二臂111、112的相应长度，以及

-L′为：萨尼亚克干涉仪110、210、310的臂111、112的总长度，该总长度L′等于这两臂111、112的相应长度L′_A、L′_B的总和，即L′＝L′_A+L′_B。

在图3、10和11中呈现的实施例中，为了对称，萨尼亚克干涉仪110、210、310的第一和第二臂111、112具有相同的长度，使得L′_A＝L′_B＝L′/2。

作为变型，萨尼亚克干涉仪110、210、310的第一臂111和第二臂112可以具有不同的长度(L_A≠L_B)，例如以将交叉偏振耦合效应的相干性最小化。

第一耦合器1141和第二耦合器1142分别将萨尼亚克干涉仪110、210、310的第一臂111和第二臂112分别耦合到环形谐振器1143。

更精确地，分别将萨尼亚克干涉仪110、210、310的第一臂111和第二臂112分别连接到第一耦合器1141的第一端口1141A和第二耦合器1142的第一端口1142A。

在下文中将描述第一光波101经过萨尼亚克干涉仪110、210、310的环形谐振器1143的行进，可以理解，鉴于在不同实施例中的萨尼亚克干涉仪110、210、310的配置(参见图3、10和11)，第二光波102沿着相反的路径行进，即在萨尼亚克干涉仪110、210、310中以相对于第一光波101相反的方向执行行进。

来自萨尼亚克干涉仪110、210、310的分离器113的第一光波101在第一臂111上以输入方向传播，然后入射到第一耦合器1141的第一端口1141A上。第一光波101然后经由第一耦合器1141的第三端口1141C耦合在环形谐振器1143中。

因此，第一光波101在环形谐振器1143中以顺时针循环方向1143H循环(参见在图3、10和11中示出该传播方向的箭头1143H)。

相反地，第二光波102在环形谐振器1143中以逆时针循环方向1143AH循环(也参见图3、10和11)。如此，在环形谐振器1143中的第一和第二光波101、102以相反的传播方向循环。

在耦合之后，第一光波101从第一耦合器1141到第二耦合器1142，更精确地，在第一耦合器1141的第三端口1141C与第二耦合器1142的第三端口1142C之间，沿着环形谐振器1143的第一部分1143A以顺时针传播方向1143H传播。

在已经以顺时针循环方向1143H行进经过环形谐振器1143的环的第一部分1143A-这在下文中将被称作在环形谐振器1143中的第一通路-之后，第一光波101：

-一方面，经由第二耦合器1142的第一端口1142A耦合到萨尼亚克干涉仪110、210、310的第二臂112，沿着该第二臂112以输出方向传播，并且

-另一方面，经由第二耦合器1142的第二端口1142B在环形谐振器1143的环的第二部分1143B中传输，仍以顺时针循环方向1143H传播。

因此，在环形谐振器1143中的第一通路之后，第一光波101将已沿着光纤的长度L_A行进经过环形谐振器1143的第一部分1143A。这对于光波102是相同的，除了在第一通路，第二光波102以逆时针循环方向1143H行进经过环形谐振器1143的第一部分1143A。

在该第一通路之后，由于第一光波101到第二耦合器1142的耦合，因此产生出通过环形谐振器1143传输的第一光波101-1，该第一传输光波101-1在萨尼亚克干涉仪110、210、310的第二臂112中传播。

在环形谐振器1143的环的第二部分1143B中传输之后，在第一耦合器1141的第二端口1141B处，第一光波101再次入射到第一耦合器1141上，第一耦合器1141从第二端口141B到第三端口1141C朝着环形谐振器1143的环的第一部分1143A传输一部分第一光波101，另一部分朝着第四端口1141D耦合以被吸收。

第一光波101再次沿着环形谐振器1143的第一部分1143A以顺时针循环方向1143H循环，并且因此在环形谐振器1143中执行第二通路，在此之后，第一光波101在环形谐振器1143中的第二通路之后耦合到萨尼亚克干涉仪110、210、310的第二臂112以产生第二传输光波101-2。

因此，在第二通路之后，第一光波101将已沿着如下长度行进经过环形谐振器1143：第一通路的长度(即L_A)加上环形谐振器1143的总长度L_R(即L_R＝L_A+L_B)，即在第二通路里行进经过的光纤总长度等于L_A+(L_A+L_B)。

然后可以理解，第一光波101，以及因此还有第二光波102，在萨尼亚克干涉仪110、210、310的环形谐振器1143中循环非常高的次数，如对于物理光学中的任何谐振器或腔，情况正是如此。

换句话说，第一和第二对向传播的光波101、102在萨尼亚克干涉仪110、210、310的测量工具1140、2140、3140的环形谐振器1143中执行多个通路，第一光波101以顺时针循环方向1143H并且第二光波102以逆时针循环方向1143AH。

在环形谐振器1143中的每个通路，第一光波101和第二光波102的每一个均产生传输光波。

在以下描述中，分别在第一光波101和第二光波102的第k通路之后，由环形谐振器1143传输的光波将分别由标记101-k和102-k(k是非零自然整数，即k＝1、2、3等)表示。

第一光波101在萨尼亚克干涉仪110、210、310的第二臂112中以输出方向传播，并且因此在干涉总和的意义内，为在第一通路的第一传输光波101-1、在第二通路的第二传输光波101-2、在第三通路的第三传输光波101-3等等的叠加。

同样地，在萨尼亚克干涉仪110、210、310的第一臂111中以输出方向传播的第二光波102是在第一通路的第一传输光波102-1、在第二通路的第二传输光波102-2、在第三通路的第三传输光波102-3等的叠加。

如在上文中所述，第一通路对应光波101、102沿着环形谐振器1143的第一部分1143A以相反方向的行进。在第二通路，除了第一通路之外，光波101、102沿着第二部分1143B行进一次并且又沿着环形谐振器1143的第一部分1143A再行进一次。因此，在第二通路，除了第一通路之外，光波101、102沿着环形谐振器1143的总体行进一次。

通过迭代，可以理解，在第三通路，除了第一通路之外，光波101、102两次沿着环形谐振器1143的总体行进，对于之后的通路依此类推。

在下文中，在萨尼亚克干涉仪110、210、310中，由第一和第二光波101、102在第k通路行进经过的光纤总长度将被表示为L_k，在环形谐振器1143中的通路之后，在第k通路行进经过的该总长度L_k从萨尼亚克干涉仪110、210、310的分离器113确定。

基于前面的说明，因此可以理解，在第k通路行进经过的总长度L_k作为环形谐振器1143的第一部分1143A的长度L_A、环形谐振器1143的总长度L_R和萨尼亚克干涉仪110、210、310的臂111、112的总长度L′的函数，可以由以下关系来表达：L_k＝L_A+(k-1)*L_R+L′(或者也表达为L_k＝k*L_A+(k-1)*L_B+L′)。

因此，在第一通路之后行进经过的总长度L₁因此等于L_A+L′；在第二通路之后行进经过的总长度L₂等于L_A+L_R+L′，或者还有L₂＝2*L_A+L_B+L′＝L₁+L_R；在第三通路之后行进经过的总长度L₃等于L_A+2*L_R+L′，或者也等于L₃＝3*L_A+2*L_B+L′＝L₁+2*L_R，等等。

在图3、10和11中示出的环形谐振器1143的配置对应于传输模式的环形谐振器1143的已知配置(与反射模式的环形谐振器的其它配置相对)。

为了估计在环形谐振器1143中循环的不同光波的幅度和光功率，常规的是在第一和第二耦合器1141、1142中引入相应的功率耦合系数C1、C2和相应的功率传输系数T1、T2。

通过无限制地，在以下描述中可以认为，在图3、10和11中示出的三个实施例中，第一和第二耦合器1141、1142是完全相同的，从而它们具有相同的耦合系数C(C＝C1＝C2)以及相同的传输系数T(T＝T1＝T2)。

作为变型，第一耦合器和第二耦合器可以例如是不同的，因此具有不同的耦合特性(C1≠C2)和传输特性(T1≠T2)。

在以下描述中将看到，有利地，环形谐振器1143的第一和第二耦合器1141、1142的耦合系数C是低的，优选被包括在5％与30％之间。

优选地，第一和第二光纤耦合器1141、1142具有低的损失，使得可以认为耦合系数C和传输系数T由以下关系相关联：C+T＝100％。

因此，有利地，环形谐振器1143的第一和第二耦合器1141、1142的传输系数T是高的，优选被包括在95％与70％之间。

通过无限制地，在以下描述中将认为，第一和第二耦合器1141、1142的功率耦合系数C和功率传输系数T在此分别等于10％和90％。

如在上文中所述，在环形谐振器1143中的循环以及借助第一和第二耦合器1141、1142的耦合之后，第一和第二光波101、102分别沿着萨尼亚克干涉仪110、210、310的第二臂112和第一臂111以输出方向传播(参见图3、10和11)。

分离器113然后将以返回方向行进经过的这两个光波101、102重组。

然后分离器113将具有输出光功率P_OUT的输出光信号110_OUT朝着萨尼亚克干涉仪110、210、310的输出端口110B递送，该输出端口110B与输入端口110A是共同的。

该输出端口110B朝向源耦合器105的干涉仪端口105B以与向前方向相反的返回方向传输输出光信号110_OUT。

在萨尼亚克干涉仪110、210、310的输出处，由第一光波101和第二光波102的干涉重组造成的输出光信号110_OUT的输出光功率P_OUT是在这两个对向传播的光波101、102之间的总相位差Δφ_t的函数。

该总相位差Δφ_t包括与由待测物理参数Ω_R的变化所产生的非互易相位差Δφ_p有关的信息。

在以下描述中将看到，此外，可以调制总相位差Δφ_t，以便便于输出光信号110_OUT的处理。

如在图3、10和11中所示，源耦合器105以返回方向将入射到干涉仪端口105B上的输出光信号110_OUT耦合到与源耦合器105的检测器端口105C连接的光辐射检测器104。

因此，源耦合器105以返回方向将萨尼亚克干涉仪110、210、310的输出端口110B耦合到检测器104。

接收从萨尼亚克干涉仪110、210、310退出的输出光功率P_OUT(Δφ_t)的光辐射检测器104然后递送代表输出光功率P_OUT(Δφ_t)的电信号。

为此目的，在图3、10和11中示出的三个实施例中，干涉式测量装置100、200、300包括调制链，该调制链用于调制从萨尼亚克干涉仪110、210、310退出的输出光功率P_OUT(Δφ_t)。

在萨尼亚克干涉仪110、210、310的第一和第二臂111、112中，调制链包括相位调制器122，该相位调制器122被布置在分离器113处。

有利地，被放置在萨尼亚克干涉仪110、210、310中的相位调制器122在此包括一对初级相位调制器，这一对初级相位调制器以“推-拉”配置安装，且分别被放置在萨尼亚克干涉仪110、210、310的臂111、112的每个端部。

初级相位调制器在此具有在质子交换铌酸锂(LiNbO₃)集成光学中被称为普克尔(POCKELS)效应的电光类型。

由于相位调制器122，调制链在萨尼亚克干涉仪110、210、310的第一和第二臂111、112中传播的第一和第二光波101、102中的每一个上引入调制相移φ_m。

参考图3、10和11中示出的不同实施例，在以下描述中将看到，存在不同的调制选项，允许施加合适的调制相移φ_m以获得最佳灵敏度或最佳信号信噪比。

调制链进一步包括接收由检测器104递送的电信号的处理与控制单元121。响应于该电信号，处理与控制单元121一方面在电信号的数字处理之后递送待测物理参数Ω_R的测量值，并且另一方面控制相位调制器122以便最优地调制输出光功率P_OUT。

现将更详细地描述在图3、10和11中示出的本发明的不同实施例。

在第一实施例中，并且同时在图3中示出，干涉式测量装置100是这样：萨尼亚克干涉仪110的环形谐振器1143包括第一线圈1144，该第一线圈1144在第一耦合器1141与第二耦合器1142之间位于环形谐振器1143的环的第一部分1143A上。

该第一线圈1144是优选的单模和偏振保持的光纤的线圈，该光纤线圈延伸遍及纤维长度L。

在此用于第一线圈1144的光纤在此与用于萨尼亚克干涉仪110的环形谐振器1143的臂111、112的那些光纤完全相同。

优选地，第一光纤线圈1144具有对称绕组，例如两极、四极或八极绕组。

在图3的配置中，第一光波101和第二光波102在环形谐振器1143的环中以对向传播的方式传播，并且因此在第一线圈1144中也是如此。

此外，在光波101、102的不同的通路期间，添加该第一线圈1144未改变在环形谐振器1143中循环的不同光波101、102的传播方向。

然而，第一光纤线圈1144延长了由这两个光波101、102所行进经过的光路。

更精确地，位于环形谐振器1143的第一部分1143A中的第一线圈1144改变该第一部分1143A的长度L_A，该长度L_A因此是第一线圈1144的长度L的函数。

在实践中，第一线圈1144的长度L非常长，例如是环形谐振器1143的光纤的剩余部分1143A1、1143A2(参见图3)的一百倍，该剩余部分1143A1、1143A2位于环形谐振器1143的第一部分1143A，分别在第一耦合器1141与第一线圈1144之间以及在第二耦合器1142与第一线圈1144之间。

因此，通常，环形谐振器1143的第一部分1143A的长度L_A非常少地不同于(略高于)位于该第一部分1143A上的第一光纤线圈1144的长度L，即L_A≈L。

此外，在该第一实施例中，第一光纤线圈1144的长度L在实践中远高于环形谐振器1143的第二部分1143B的长度L_B(L_B<<L)，使得在该第一实施例中可将谐振器的总长度L_R＝L_A+L_B看作第一光纤线圈1144的长度L，即L_R＝L_A+L_B≈L。

同样地，第一光纤线圈1144的长度L在实践中比萨尼亚克干涉仪110的第一和第二臂111、112的总长度L′长(L′<<L)，使得在第一近似中，可在该第一实施例中将在第一通路行进经过的总长度L₁看作第一光纤线圈1144的长度L。实际上，如在上文中所看到的，以下关系成立：L₁＝L_A+L′≈L+L′(因为L_A≈L)，因此，L₁≈L(因为L′<<L)。

如此构成，环形谐振器1143具有相似于图2中示出的在光学频率下的传输曲线。特别地，该传输曲线T_L(f)具有一系列的谐振峰43，这一系列的谐振峰43通过与环形谐振器1143的自由谱范围ISL相等的距离(在频率下)规律地隔开。

如已知的，环形谐振器1143的该自由普范围ISL(在频率下)是在环形谐振器1143中的循环时间的倒数。因此通过以下关系来关联环形谐振器1143的总长度L_R：ISL＝c/(n_opt*L_R)，其中c和n_opt分别是真空中的光速(c＝299792458米/秒)和在环形谐振器1143中使用的光纤的光学折射率(对于常规的由二氧化硅制成的光纤，n_opt≈1.5)。

谐振峰43具有在频率下的半最大处全宽度FWHM_R(f)，该半最大处全宽度FWHM_R(f)等于以频率表达的自由谱范围ISL与环形谐振器1143的精细度F之间的商，即FWHM_R＝ISL/F。

换句话说，环形谐振器1143的精细度F等于自由谱范围ISL与环形谐振器1143的谐振峰43的半最大处全宽度FWHM_R(f)之间的比率ISL/FWHM_R(f)。

环形谐振器1143的精细度F还与由光波101、102在环形谐振器1143中在由于后者的固有损耗而被完全衰减之前所形成的通路的等效数目N_p相关联。

这意味着，超过第N_p通路以后，由环形谐振器1143对第一和第二光波101、102以它们的输出方向传输的光波(即对于k>N_p的所有传输光波101-k和102-k)的贡献可忽略不计。

如已知的，传输曲线T_L(f)是包括具有耦合系数C和传输系数T的两个完全相同的耦合器1141、1142的环形谐振器1143的已知响应函数。

此外，将注意的是，通常对于如下情况该响应函数是相同的：

-对于在萨尼亚克干涉仪110中传播并且在环形谐振器1143中以顺时针循环方向1143H循环的第一光波101，以及

-对于在萨尼亚克干涉仪110中传播并且在环形谐振器1143中以逆时针循环方向1143AH循环的第二光波102。

因此，通过与法布里-珀罗(FABRY-PEROT)腔类比，响应曲线T_L(f)被写为：T_L(f)＝1/[1+m²sin²(π*f*n_opt*L_R/c)，其中m是与环形谐振器1143相关联的AIRY因子，通过关系m²＝4*T/(1-T)²＝4*(1-C)/C²(因为C+T＝1，参见上文)，将m与第一和第二光纤耦合器1141、1142的耦合系数C以及传输系数T相关联。

基于上面给出的公式，对于环形谐振器1143，常规地发现：

-响应曲线T_L(f)取决于环形谐振器1143的总长度L_R，并且在该第一实施例中L_R基本上等于L(L_R≈L)的范围内，因此该响应曲线T_L(f)在此取决于第一光纤线圈1144的长度L，

-自由谱范围ISL在频率下等于c/(n_opt*L_R)≈c/(n_opt*L)，以及

-精细度F等于πm/2，即还有F＝(π*T^1/2)/(1-T)＝(π*(1-C)^1/2)/C(当耦合系数C低于30％时F≈3/C)。精细度F因此随着第一和第二耦合器1141、1142的传输系数T增加。

通过示例的方式，耦合器具有例如在前面选择的那些耦合系数C和传输系数T(C＝10％以及T＝90％)，则获得以下值：m≈19(m²＝360)以及F≈30(＝3/C)。

第一线圈1144的长度L在此具有200米，自由谱范围ISL在频率下因此大约等于1MHz(n_opt≈1.5)。

因此如在上文中所提及，光源103是宽谱源，因为光源103的在光学频率下的半最大处全宽度FWHMs＝1THz是自由谱范围ISL的十倍以上。实际上，比率FWHM_S/ISL在此等于1THz/1MHz＝10⁶。

如可在图2中看到，响应曲线T_L(f)的谐振峰43具有：

-等于一个单位(unit)(100％传输)的最大值

-不等于零而是等于1/(1+m²)的传输的最小值。

传输曲线的最大值对应一种情况，在该情况中，在环形谐振器1143中已经循环了一次、两次、三次等的光波由后者以相位来传输，所述光波然后在彼此之间建设性地干涉。

相反，传输曲线的最小值对应一种情况，在该情况中，在环形谐振器1143中已经循环了一次、两次、三次等的光波由后者以反相位来传输，所述光波然后在彼此之间破坏性地干涉。

谐振峰的对比度，即谐振峰的最大与最小值的差和总和之间的比，等于m²/(m²+2)。

因此，基于上面的公式，可以理解，如果环形谐振器1143的耦合器1141、1142的传输系数T增加，则对比度增加。

在图5中示出在传输经过环形谐振器1143之后的第一和第二光波的光谱。这些光谱对应于图4的光源103的谱S(f_opt)乘以图2的传输曲线T_L(f)的乘积。

常规地，图5的光谱被称为“通道”谱。

在下文中将详述当干涉式测量装置100处于静止和移动中时干涉式测量装置100的运行状况。

在此将理解，当旋转速度的分量Ω_R是零时，在图3中示出的干涉式测量装置100处于静止中，指示萨尼亚克干涉仪110由于它的旋转所以未经受非互易效应。

相反，将理解，当旋转速度的分量Ω_R是非零(正的或负的)时，干涉式测量装置100处于移动中，指示萨尼亚克干涉仪110由于其旋转所以经受非互易效应。

在静止中，两个光谱S1(f_opt)、S2(f_opt)完全相同，并且彼此完美地叠加：光谱S1(f_opt)的每个谐振峰P1(参见图6)与光谱S2(f_opt)的谐振峰P2(也参见图6)建设性地叠加，使得在萨尼亚克干涉仪110的输出处，输出光功率P_OUT最大并且等于P₀，其中光谱S1(f_opt)的每个谐振峰P1对应特定的光学频率，并且由萨尼亚克干涉仪110的环形谐振器1143整体地传输(在环形谐振器1143中已经执行了一、二、三等通路的光波在萨尼亚克干涉仪110的输出处以相位干涉)。

在移动中，在萨尼亚克干涉仪110中特别是在环形谐振器1143中对向传播的第一光波101和第二光波102离开环形谐振器1143并具有相移，在两个光波101、102之间的总相位差Δφ_t特别地作为非互易相位差Δφ_p的函数而变化，该非互易相位差Δφ_p通过待测参数(在此是旋转速度的分量Ω_R)的变化而在两个光波101、102之间引入。

该中情况在图7中示出，在该情况中，已经在相同的曲线上示出：当萨尼亚克干涉仪110处于移动中时，在其输出处的第一和第二光波101、102的作为光学频率f_opt的函数的光谱S1(f_opt)、S2(f_opt)。

在移动中，两个光谱S1(f_opt)、S2(f_opt)几乎完全相同，因为在旋转期间自由谱范围ISL几乎不变化。

然而，由于萨尼亚克效应，两个光谱S1(f_opt)、S2(f_opt)相对彼此偏移，该偏移是待测物理参数Ω_R的函数。

在图7中示出的情况中，在萨尼亚克干涉仪110的输出处的第二光波102的光谱S2(f_opt)的谐振峰P2位于距在萨尼亚克干涉仪110的输出处的第一光波101的光谱S1(f_opt)的两个连续谐振峰P1等距离的位置。因此，对应不同光学频率的第一光波101与第二光波102的波道P1、P2彼此之间不会干涉，并且具有对比度的损失，使得输出光功率P_OUT等于半最大功率，即P₀/2。

在图6的情况(静止)和图7的情况(移动)之间，旋转速度的分量Ω_R的函数的输出光功率P_OUT根据在图8中示出的曲线变化。输出光功率P_OUT是周期性的，其周期是2*Ω_Π＝λ₀*c/(2*L_R*D_R)，突起B1、B2、B3(参见图8)的宽度等于ΔΩ_F＝Ω_Π/2F。

优选地，调制相移φ_m具有反作用相移分量φ_cr，该反作用相移分量φ_cr旨在将萨尼亚克干涉仪110的工作点带回到大约零阶差(Δφ_t＝0)。

有利地，反作用相移分量φ_cr是按照持续时间τ和高度φ_s的阶梯(stairstep)的作为时间t的函数的调制，例如在图9中所示出的。

该反作用相移分量φ_cr在在萨尼亚克干涉仪110中以对向传播方式传播的两个光波之间引入反作用相位差Δφ_cr(t)＝φ_cr(t)-φ_cr(t-τ)，如图9所示，该反作用相位差Δφ_cr(t)补偿由萨尼亚克干涉仪110的旋转在这两个光波之间引入的非互易相位差。调节台阶的高度φ_s作为时间的函数，以便在每个时间瞬间补偿该非互易相位差。

对于在萨尼亚克干涉仪中以对向传播方式传播的两个光波，在其输入端口与其输出端口之间，阶梯的持续时间τ被关联到由这些光波在该萨尼亚克干涉仪中执行的行进所花费的传播时间。

通常，采用已经以相反方向行进经过萨尼亚克干涉仪110的两个传输光波101-1、102-1，在环形谐振器1143中的单个通路之后，关联传播时间τ_g,1，该传播时间τ_g,1在下文中被称为第一通路的传播时间，其等于n_opt*L₁/c。

通过迭代，可以理解，第二通路的传播时间τ_g,2等于n_opt*L₂/c，第三通路的传播时间τ_g,3等于n_opt*L₃/c，等等。

因此，在通常的情况下，第k通路的传播时间τ_g,k等于n_opt*L_k/c。

在该第一实施例中，在第k通路之后行进经过的总长度L_k是这样：L_k＝k*L＝k*L₁(参见上文)，第k通路的传播时间τ_g,k满足以下关系：τ_g,k＝k*τ_g,1。

优选地，调节阶梯的持续时间τ，使其等于第一通路的传播时间τ_g,1，即τ＝n_opt*L₁/c。

现在，在该第一实施例中，已经看到，在环形谐振器1143中的通路之后，行进经过的总长度L₁近似等于第一光纤线圈1144的长度L，即L₁≈L。

因此，第一通路的传播时间τ_g,1在此是这样：τ_g,1(L)≈n_opt*L/c。

为第一线圈1144的长度L的函数的该传播的特征时间将被表示为τ_g(L)＝n_opt*L/c。

因此，在该第一实施例中，反作用相移分量φ_cr是持续时间τ_g(L)的阶梯调制，该持续时间τ_g(L)是第一光纤线圈1144的长度L的函数。

当萨尼亚克干涉仪110处于旋转运动中时，在环形谐振器1143中的通路之后，已经以相反方向执行经过萨尼亚克干涉仪110的行进的传输光波101-1、102-1被移相，使得通过萨尼亚克效应在这两个传输光波101-1、102-1之间引入非互易相位差Δφ_p,1。

在通常的情况中，在第k通路之后，即在已经在环形谐振器1143中循环k次之后，在两个传输光波101-k、102-k之间引入的非互易相位差Δφ_p,k增大为k倍，即Δφ_p,k＝k*Δφ_p,1。

也优选地，阶梯(参见图9)的高度φ_s等于第一通路的非互易相位差Δφ_p,1，即φ_s＝Δφ_p,1。

那样，在环形谐振器1143中的通路之后，已经以相反方向执行经过萨尼亚克干涉仪110的行进的传输光波101-1、102-1被反作用调制φ_cr而调制，使得台阶φ_s补偿对于这两个光波101-1、102-1的萨尼亚克干涉仪110的旋转。

此外，如图9所示，在k＝3的情况中，在环形谐振器1143中的k通路之后，已经执行经过萨尼亚克干涉仪110的行进的传输光波101-1、102-1也有效地被该反作用调制φ_cr调制。

实际上，在k通路之后的传播时间τ_g,k是在一个通路之后的传播时间τ_g,1的k倍，阶梯被偏置等于k*τ_g(L)的持续时间(参见在图9中的调制φ_cr(t-k*τ)＝φ_cr(t-3*τ_g(L)，其中k＝3)。然后在已经在环形谐振器1143中循环三次的两个传输光波101-3、102-3之间引进的反作用相位差调制Δφ_cr,3(t)则是这样：Δφ_cr,3(t)＝φ_cr(t)-φ_cr(t-3*τ_g(L))＝3*φ_s＝3*Δφ_p,₁＝Δφ_p,₃。它因此有效地补偿由萨尼亚克干涉仪110的旋转在两个传输光波101-3、102-3之间产生的非互易相位差Δφ_p,₃。

通过持续时间τ＝τ_g,1和高度φ_s＝Δφ_p,₁的阶梯，如此选择的反作用调制φ_cr调制在经过萨尼亚克干涉仪110的行进之后的所有传输光波101-1、101-2、101-3、101-k、102-1、102-2、102-3、102-k。产生的光波101、102因此被有效地调制并且萨尼亚克干涉仪110的工作点被正确地带回朝向零。

在特别有利的实施例中，调制相移φ_m也具有偏置相移分量φ_b，该偏置相移分量φ_b是偏置调制频率f_b的周期性的，旨在从在光功率下的响应曲线(图8)的最大值移动萨尼亚克干涉仪110的工作点。

通常，对于在萨尼亚克干涉仪中以对向传播方式传播的两个光波，在其输入端口与其输出端口之间，可限定萨尼亚克干涉仪的适当频率，该适当频率被关联到由这些光波执行经过该萨尼亚克干涉仪的行进所花费的传播时间。

换句话说，该适当频率被关联到由这两个对向传播的光波在行进经过萨尼亚克干涉仪的期间所行进经过的总长度。

用类推的方法，采用已经以相反方向行进经过萨尼亚克干涉仪110的两个传输光波101-1、102-1，在环形谐振器1143中的单个通路之后，关联适当频率f_p,1，该适当频率f_p,1被称为第一通路的适当频率，其等于c/(n_opt*L₁)。

通过迭代，可以理解，第二通路的适当频率f_p,2等于c/(n_opt*L₂)，第三通路的适当频率f_p,3等于c/(n_opt*L₃)，等等。

因此，在通常的情况中，对于该第一实施例，第k通路的适当频率f_p,k等于c/(n_opt*L_k)。

有利地，偏置调制频率f_b等于第一通路的适当频率f_p,1。

传输光波101-1、102-1因此有效地以第一通路的适当频率f_p,1来调制。

现在，在该第一实施例中，已经看到，在环形谐振器1143中的通路之后，行进经过的总长度L₁近似等于第一光纤线圈1144的长度L，即L₁≈L。

因此，第一通路的适当频率f_p,1是这样：f_p,1≈c/(n_opt*L)。

为第一线圈1144长度L的函数的该特征适当频率将被表示为f_p(L)＝c/(n_opt*L)。

因此，在该第一实施例中，偏置相移分量φ_b是在适当频率f_p(L)下的周期性的，该适当频率f_p(L)是第一光纤线圈1144的长度L。

此外，如在该第一实施例中，已经示出，在第k通路之后行进经过的总长度L_k是这样：L_k＝k*L＝k*L₁，第k通路的适当频率f_p,k满足以下关系：k*f_p,k＝f_p,1＝f_p(L)。

现在，在第k通路之后，在两个传输光波101-k、102-k之间，偏置相移分量φ_b产生偏置相位差分量Δφ_b,k(t)。

该偏置相位差分量Δφ_b,k(t)是这样：Δφ_b,k(t)＝φ_b(t)-φ_b(t-1/f_p,k)＝φ_b(t)-φ_b(t-k*1/f_p(L))，该偏置相位差分量Δφ_b,k(t)：

-如果偏置调制频率f_b等于第k通路的适当频率f_p,k(f_b＝f_p,k)或等于其奇数倍数(f_b＝3*f_p,k、5*f_p,k，等等)中的一个时，是最大，以及

-如果偏置调制频率f_b等于适当频率f_p,k的偶数倍数(f_b＝2*f_p,k、4*f_p,k，等等)时，是零。

已经执行奇数个通路(k＝1、3、5等的情况)的传输光波因此有效地被调制链调制，而已经执行偶数个通路(k＝2、4、6等的情况)的传输光波不被调制。

结果，第一和第二光波101、102是不同的传输光波101-1、101-2、101-3等，102-1、102-2、102-3等的叠加，只有由检测器104递送的一半电信号被偏置。

为了校正该缺陷，并为了通过在一个或数个通路之后有效地调制在萨尼亚克干涉仪中循环的所有光波来收集由检测器递送的有用的电信号的总数，在萨尼亚克干涉仪的环形谐振器中使用第二光纤线圈是有利的。

因此在图10中已经示出干涉式测量装置200的第二实施例，其中萨尼亚克干涉仪210的环形谐振器1143包括第二光纤线圈2144。

有利地，用于第二线圈2144的光纤与用于第一线圈1144的光纤完全相同。

优选地，第二线圈2144具有与第一线圈1144相同的长度，即长度L。

此外，第二光纤线圈2144优选地具有与第一光纤线圈1144相同的表面和相同的对称绕组。

如图10所示，第一光纤线圈1144和第二光纤线圈2144被布置在萨尼亚克干涉仪210的环形谐振器1143的各自侧，第一线圈1144在第一半并且第二线圈2144在第二半。

如此布置，第一线圈1144和第二线圈2144被第一耦合器1141和第二耦合器1142分开在各自侧。

至于第一实施例，在实践中，第二线圈2144的长度L非常长，例如是环形谐振器1143的光纤(参见图10)的剩余部分1143B1、1143B2的一百倍，该剩余部分1143B1、1143B2位于环形谐振器1143的第二部分1143B中且分别在第一耦合器1141与第二线圈2144之间以及在第二耦合器1142与第二线圈2144之间。

因此，通常，在该第二实施例中，环形谐振器1143的第二部分1143B的长度L_B非常少地不同于(略高于)位于该第二部分1143B中的第二光纤线圈2144的长度L，即L_B≈L。

结果，在该第二实施例中，谐振器的总长度L_R＝L_A+L_B被比作第一光纤线圈1144的长度L的两倍，即L_R＝L_A+L_B≈2*L。

此外，还将认为，在第二实施例中，第一光纤线圈1144的长度L远长于萨尼亚克干涉仪110的第一和第二臂111、112的总长度L′(L>>L′)，使得在第一近似中，可在该第二实施例中将在第一通路里行进经过的总长度L₁比作第一光纤线圈1144的长度L。实际上，如在上文中所看到的，以下关系成立：因为L_A≈L，所以L₁＝L_A+L′≈L+L′，因为L>>L′，因此L₁≈L。

通过迭代，在该第二实施例中，在第k通路里行进经过的总长度L_k满足以下关系：L_k＝L_A+(k-1)*L_R+L′≈L+(k-1)*(2*L)≈(2k-1)*L≈(2k-1)*L₁。

因此，在该第二实施例中，第k通路的适当频率f_p,k满足以下关系：(2k-1)*f_p,k＝f_p,1＝f_p(L)。

因此，使用偏置调制分量φ_b，以与第k通路的适当频率f_p,k的奇数倍数相等的偏置调制频率f_b通过调制链120调制已经执行k通路的光波101、102，其中，偏置调制分量φ_b是在与适当频率f_p(L)相等的偏置调制频率f_b下周期性的，该适当频率f_p(L)是环形谐振器1143的第一线圈1144(并且也是第二线圈2144)的长度L的函数。

结果，所有的传输光波101-1、101-2、101-3、…、101-k以及102-1、102-2、102-3、…、102-k被正确地调制并且由检测器104递送的整个电信号被偏置。

待测物理参数Ω_R的测量以及在该第二实施例中的干涉式测量装置200因此更有效。

然而，由于如下事实，即严格地，第k通路的适当频率f_p,k未精确地满足关系(2k-1)*f_p,k＝f_p(L)(参见上文)，因此存有残余的寄生信号。

实际上，对于在第k通路之后行进经过的总长度L_k的确定，必须考虑萨尼亚克干涉仪210的臂111、112的长度。

此外，为进一步提高干涉式测量装置的性能，可能的是调节环形谐振器的总长度L_R，以便考虑萨尼亚克干涉仪的臂的总长度L′。

因此在图11中已经示出干涉式测量装置300的第三实施例，其中除长度L的第一和第二线圈1144、2144之外，环形谐振器1143包括光纤的两个附加部分3151、3152，其优选地完全相同于用于所述线圈1144、2144的光纤。

这些附加部分3151、3152具有如下功能：调节在环形谐振器1143的一个或数个通路之后已经以相反方向执行经过萨尼亚克干涉仪310的行进的不同光波101、102之间的传播时间τ_g的比率。

如图11所示，两个附加部分3151、3152被布置在在该第二光纤线圈2144与环形谐振器1143的两个耦合器1141、1142中的一个之间的第二线圈2144的任一侧上。

优选地，在该第三实施例中，附加部分3151、3152的长度和等于2*L′。

对其余部分1143A1、1143A2、1143B1、1143B2采用与对第一和第二实施例(参见图3和10)相同的近似，并且在该第三实施例中考虑萨尼亚克干涉仪310的臂的总长度L′以及等于2*L′的附加部分3151、3152的长度和，对于环形谐振器1143的总长度L_R以及在第k通路里行进经过的总长度L_k，示出以下关系：

L_R＝L_A+L_B≈2*(L+L′)，因为L_A≈L以及L_B≈L+2*L′

L_k＝L_A+(k-1)*L_R+L′≈L+2*(k-1)*(L+L′)+L′＝(2k-1)*(L+L′)

特别地，在第一通路行进经过的总长度L₁等于L+L′，使得存在对于第二实施例相同的关系，即：L_k＝(2k-1)*L₁。

结果，使用偏置调制分量φ_b，以与第k通路的适当频率f_p,k的奇数倍数相等的偏置调制频率f_b通过调制链调制已经执行k通路的光波101-k、102-k，其中，偏置调制分量φ_b是在与适当频率f_p(L+L′)＝f_p,1相等的偏移适当频率f_b下的周期性的，该适当频率f_p(L+L′)是与环形谐振器1143中的第一通路的总长度L₁相等的长度L+L′的函数。

结果，所有的传输光波101、102被正确地调制并且由检测器104递送的整个电信号被偏置。

待测物理参数Ω_R的测量更好并且在该第三实施例中的干涉式测量装置300甚至更有效。

最后将注意，在第一实施例中使用的具有与第一通路的传播时间τ_g,1相等的阶梯持续时间τ并且具有与第一通路的非互易相位差Δφ_p,1相等的台阶高度φ_s的反作用调制φ_cr(参见图9)也可使用在第二和第三实施例中，且具有相似的结果。

Claims (11)

1.一种光纤干涉式测量装置(100、200、300)，其旨在测量物理参数(Ω_R)，并且所述干涉式测量装置(100、200、300)包括：

-宽谱光源(103)，其发射源光信号(103A)，

-光纤萨尼亚克干涉仪(110、210、310)，在其中传播对向传播的第一光波(101)和第二光波(102)，所述萨尼亚克干涉仪(110、210、310)包括：

-输入端口(101A)，其以向前方向接收输入光信号(110_IN)，

-分离器(113)，其在一方面连接到所述输入端口(110A)，并且在另一方面连接到所述萨尼亚克干涉仪(110、210、310)的第一臂(111)和第二臂(112)，

-测量工具(1140、2140、3140)，其对待测的所述物理参数(Ω_R)敏感，所述物理参数(Ω_R)产生在所述两个对向传播光波(101、102)之间的非互易相位差Δφ_p，所述非互易相位差Δφ_p是所述物理参数(Ω_R)的函数，以及

-与所述输入端口(110A)共用的输出端口(110B)，其以与所述向前方向相反的返回方向传输具有输出光功率P_OUT的输出光信号(110_OUT)，所述输出光功率P_OUT是在所述两个对向传播光波(101、102)之间的总相位差Δφ_t的函数，

-光学辐射检测器(104)，其接收从所述萨尼亚克干涉仪(110、210、310)退出的所述输出光功率P_OUT，并且递送代表所述输出光功率P_OUT以及待测的所述物理参数(Ω_R)的电信号，以及

-源耦合器(105)，其以所述向前方向将所述光源(103)耦合到所述萨尼亚克干涉仪(110、210、310)的所述输入端口(110A)，并且以所述返回方向将所述萨尼亚克干涉仪(110、210、310)的所述输出端口(110B)耦合到所述检测器(104)，

所述干涉式测量装置(100、200、300)其特征在于：

所述萨尼亚克干涉仪(110、210、310)的所述测量工具(1140、2140、3140)包括传输模式的光纤环形谐振器(1143)，所述环形谐振器(1143)分别包括第一耦合器(1141)与第二耦合器(1142)，所述第一耦合器(1141)与所述第二耦合器(1142)分别将所述萨尼亚克干涉仪(110、210、310)的所述第一臂(111)与所述第二臂(112)耦合到所述环形谐振器(1143)，使得在所述环形谐振器(1143)中的所述第一和第二光波(101、102)以相反的循环方向(1143H、1143AH)循环。

2.根据权利要求1所述的干涉式测量装置(100、200、300)，其中所述环形谐振器(1143)包括至少一个长度L的第一光纤线圈(1144)，所述第一光纤线圈(1144)位于所述环形谐振器(1143)的在所述第一耦合器(1141)与所述第二耦合器(1142)之间的第一部分(1143A)中。

3.根据权利要求2所述的干涉式测量装置(200、300)，其中所述环形谐振器(1143)包括具有与所述第一光纤线圈(1144)相同长度的第二光纤线圈(2144)，所述第二光纤线圈(2144)位于所述环形谐振器(1143)的第二部分(1143B)中，所述第一和第二光纤线圈(1144、2144)被所述第一耦合器(1141)和所述第二耦合器(1142)分开。

4.根据权利要求3所述的干涉式测量装置(300)，其中所述环形谐振器(1143)包括光纤的两个附加的部分(3151、5152)，所述两个附加的部分(3151、5152)的长度总和等于2L′，L′是分别在所述分离器(113)与所述第一和第二耦合器(1141、1142)之间确定的所述萨尼亚克干涉仪(110、210、310)的所述第一和第二臂(111、112)的长度的总和，所述两个附加的部分(3151、3152)被布置在所述第二光纤线圈(2144)的任一侧上，在所述第二线圈(2144)与所述第一和第二耦合器(1141、1142)中的一个之间。

5.根据权利要求1至4中的任一个所述的干涉式测量装置(100、200、300)，其包括调制链，所述调制链适配于调制从所述萨尼亚克干涉仪(110、210、310)退出的所述输出光功率P_OUT，所述调制链包括相位调制器(122)，所述相位调制器(122)被布置在所述分离器(113)处并且在所述萨尼亚克干涉仪(110、210、310)的所述第一和第二臂(111、112)中，以在所述向前方向与所述返回方向之间将调制相移φ_m引入到在所述第一和第二臂(111、112)中传播的所述第一和第二光波(101、102)的每一个上。

6.根据权利要求5所述的干涉式测量装置(100、200)，其采取结合权利要求2至4中的一个，其中所述调制相移φ_m具有偏置相移分量φ_b，所述偏置相移分量φ_b是在适当频率f_p(L)下的周期性的，所述适当频率f_p(L)是所述第一光纤线圈(1144)的长度L的函数。

7.根据权利要求4和5所述的干涉式测量装置(300)，其中所述调制相移φ_m具有偏置相移分量φ_b，所述偏置相移分量φ_b是在适当频率f_p(L+L′)下的周期性的，所述适当频率f_p(L+L′)是长度L+L′的函数。

8.根据权利要求5至7中的一个所述的干涉式测量装置(100)，其中所述调制相移φ_m具有反作用相移分量φ_r，所述反作用相移分量φ_r是持续时间τ_g(L)的阶梯调制，所述持续时间τ_g(L)是所述第一光纤线圈(1144)的长度L的函数。

9.一种陀螺仪，其包括根据权利要求1至8中的一个的干涉式测量装置(100、200、300)，待测的所述物理参数(Ω_R)是所述陀螺仪围绕旋转轴的旋转速度的分量，所述非互易相位差Δφ_p的变化由待测的所述物理参数(Ω_R)通过萨尼亚克效应来产生。

10.一种惯性姿态或导航单元，其包括根据权利要求9的至少一个陀螺仪。

11.一种电流或磁场传感器，其包括根据权利要求1至8中的一个的干涉式测量装置，所述非互易相位差Δφ_p的变化由待测的所述物理参数通过法拉第效应来产生。