CN105444750A - 一种保偏光子晶体光纤陀螺及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保偏光子晶体光纤陀螺光路，包括保偏光纤耦合器、宽谱光源、Y波导、与Y波导输出尾纤熔接的保偏光子晶体光纤环、以及探测器；其特征在于保偏光纤耦合器工作于保偏光纤快轴，Y波导尾纤为应力双折射型保偏光纤且光纤快轴与Y波导TE模0°对轴熔接，保偏光子晶体光纤环采用双大孔型保偏光子晶体光纤绕制，且双大孔轴向与应力双折射型保偏尾纤应力轴向90°对轴熔接，保证陀螺光路有用信号全部在快轴中传输。该光子晶体光纤陀螺光路除具有光子晶体光纤陀螺都具备的温度敏感度低、抗辐照等优点外，还有效地抑制了陀螺偏振误差，有利于提高光纤陀螺的零偏稳定性。

Description

一种保偏光子晶体光纤陀螺及其制造方法

技术领域

本发明属于光纤陀螺领域，更具体地，涉及一种采用保偏光子晶体光纤作为敏感环的光纤陀螺光路。

背景技术

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的惯性仪表。因其具有体积小、重量轻、精度范围广，无运动部件等优点，在陆、海、空、天等各领域获得了广泛的应用。陀螺光路作为Sagnac效应的敏感和检测部分，是光纤陀螺的核心部件。

光子晶体光纤因具有抗辐射性能好、温度稳定性高、弯曲性能好等特殊的优点在光纤陀螺光路中具有很大的应用潜力。特别是采用光子晶体光纤绕制光纤环有利于提高光纤陀螺的温度稳定性、抗辐照等性能。

2008年，浙江大学黄腾超等提出了一种全光子晶体光纤陀螺，全部光路采用光子晶体光纤连接，光纤环采用双芯光子晶体光纤绕制，有效地降低了光纤陀螺随机游走噪声，提高了光纤陀螺的温度性能。北京航空航天大学杨远洪等提出了一种空心光子晶体光纤陀螺，采用空心光子晶体光纤绕制了空心光纤谐振环，实现了陀螺仪表的功能，且具有体积小、抗辐射能力高等优势。2013年，哈尔滨工业大学李绪友等提出了一种保偏光子晶体光纤陀螺器件，采用正五边形三层空气孔细径保偏光子晶体光纤绕制光纤环，提高了陀螺的温度稳定性。2014年北京航天时代光电科技有限公司张志鑫等提出了一种基于光子晶体光纤的新型光纤陀螺干涉光路，光子晶体光纤和Y波导集成光学器件均采用折射率到引型光子晶体光纤，具有温度稳定性好、磁场灵敏度低、抗辐照等优点。

以上发明都重点关注了光子晶体光纤本身具有的温度稳定性好、抗辐照性能好、耐弯曲等特点在光纤陀螺光路中对提高陀螺性能的优势，而没有关注保偏光子晶体光纤偏振特性与普通应力双折射保偏光纤的差异。普通应力双折射保偏光纤，如熊猫型保偏光纤、领结型保偏光纤，通过在纤芯两边设置两个应力区来实现保偏功能，沿应力区方向为慢轴。而双大孔型保偏光子晶体光纤通过在纤芯两侧设计两个大空气孔来实现保偏功能。沿空气孔轴线方向为快轴。如果应力区轴向与空气孔轴向0°对轴熔接，则陀螺有用信号将一部分在光纤的快轴中传输，一部分在慢轴中传输，易于引起光路中的误差信号与传感信号相干，在陀螺中引起偏振误差，影响光纤陀螺的零偏稳定性。本发明提出了Y波导保偏尾纤应力轴与光子晶体光纤空气孔轴90°对轴熔接，且对整个光路的偏振特性进行了设计，有利于提高光子晶体光纤陀螺的零偏稳定性。光子晶体光纤陀螺相关的已有发明为了体现光子晶体光纤的优势，大部分都尽量在光路各部分采用光子晶体光纤，但除光纤环以外的部分采用光子晶体光纤并未见明显优势，且制作复杂，难以开展工程应用。本发明除光纤环以外均采用成熟器件，有利于降低研制成本和开发周期，发挥光子晶体光纤陀螺的优势。

发明内容

针对现有技术中存在光纤陀螺的零偏稳定性的问题，本发明提供了一种保偏光子晶体光纤陀螺，其目的在于提高零偏稳定性以及发挥光子晶体光纤陀螺的优势，由此解决了以上的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种保偏光子晶体光纤陀螺，其特征在于，所述光纤陀螺包括：宽谱光源、保偏光纤耦合器、Y波导、保偏光子晶体光纤环以及探测器；

所述宽谱光源的保偏尾纤与所述保偏光纤耦合器的第一端0°对轴熔接；

所述Y波导包括输入保偏尾纤和两个输出保偏尾纤，所述输入保偏尾纤和所述输出保偏尾纤的快轴与所述Y波导TE模0°对轴熔接；

所述输入保偏尾纤与所述保偏耦合器的第二端0°对轴熔接；

所述保偏光子晶体光纤环的两个尾纤大空气孔轴线与所述Y波导的两个所述输出保偏尾纤应力轴90°对轴熔接；

所述保偏光纤耦合器的第三端与所述探测器尾纤熔接，所述探测器实现陀螺干涉信号的检测。

优选地，所述光子晶体光纤环采用短轴模场直径为5.5～6.5μm的大双孔保偏光子晶体光纤绕制光纤环；

优选地，所述宽谱光源为SLD光源或SFS光源。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备以下有益效果：

(1)考虑到光子晶体光纤与应力致双折射原理的保偏光子晶体光纤快慢轴的差异，使有用光信号在陀螺光路中始终在快轴传输。有利于减小光子晶体光纤陀螺的偏振误差，提高陀螺的零偏稳定性；

(2)使光子晶体光纤环中短轴的模场直径与应力双折射保偏光纤的模场匹配，降低光纤环与Y波导的熔接损耗，减小光路中光功率的损失，有利于减小陀螺的随机游走系数；

(3)充分利用成熟的应力双折射光纤器件，降低研制难度和制作成本。

附图说明

图1是保偏光子晶体光纤陀螺光路示意图；

图2是应力双折射原理保偏光纤轴向示意图；

图3是双大孔结构保偏光子晶体光纤轴向示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种保偏光子晶体光纤陀螺光路，包括保偏光纤耦合器2、与保偏光纤耦合器的第一端(2-1)熔接且尾纤为保偏光纤的宽谱光源1、输入端保偏尾纤(3-1)与保偏光纤耦合器第二端(2-2)熔接的Y波导3、与Y波导输出尾纤(3-2、3-3)熔接的保偏光子晶体光纤环4、以及与保偏光纤耦合器的第三端(2-3)熔接的探测器5；Y波导3在陀螺光路中有起偏、分光、相位调制三大作用；输入端有一根保偏尾纤(3-1)、输出端有两根保偏尾纤(3-2和3-3)，且尾纤均为应力双折射型保偏光纤，各尾纤与Y波导芯片的耦合点(C1、C2和C3)均要求尾纤快轴与Y波导TE模0°对轴耦合。

宽谱光源保偏尾纤与快轴工作保偏光纤耦合器的第一端熔接，保偏光纤耦合器第二端与Y波导保偏输入尾纤熔接，Y波导三段保偏尾纤快轴与波导芯片TE传输模0°对轴耦合，以上措施保证有用光信号在除光纤环以外的部分始终在快轴传输。因Y波导输出尾纤为应力致双折射光纤，如图2所示，其快轴与应力轴垂直。而双大空气孔结构保偏光子晶体光纤快轴与两大空气孔轴线平行，如图3所示。为保证有用光信号的全快轴传输，Y波导输出尾纤应力轴向与光子晶体光纤大空气孔轴向90°对轴熔接。因此，本光子晶体光纤陀螺光路能够实现有用信号的全快轴传输。本发明的具体实施步骤为：

(1)选取保偏尾纤宽谱光源。宽谱光源为SLD光源或SFS光源，对于SLD光源，要求保偏尾纤偏振主轴与SLD光源偏振主轴对齐。

(2)制作工作于快轴的保偏光纤耦合器，要求在其工作波长范围内从耦合器任意一端输入的偏振方向与快轴平行的光信号实现50：50左右的分光比。

(3)将宽谱光源保偏尾纤与保偏光纤耦合器第一端0°对轴熔接。

(4)选用尾纤为保偏光纤的Y波导，要求保偏尾纤的快轴，即与应力轴垂直的轴向与Y波导TE模0°对轴耦合。

(5)将Y波导输入尾纤与保偏光纤耦合器的第二端0°对轴熔接。

(6)采用短轴模场直径为5.5～6.5μm的大双孔保偏光子晶体光纤绕制光纤环，光纤环两段尾纤与Y波导两段输出尾纤熔接，要求光子晶体光纤大空气孔轴线与Y波导尾纤应力轴90°对轴熔接。

(7)将保偏光纤耦合器第三端与探测器尾纤熔接，由探测器实现陀螺干涉信号的检测。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种保偏光子晶体光纤陀螺，其特征在于，所述光纤陀螺包括：宽谱光源、保偏光纤耦合器、Y波导、保偏光子晶体光纤环以及探测器；

所述宽谱光源的保偏尾纤与所述保偏光纤耦合器的第一端0°对轴熔接；

所述Y波导包括输入保偏尾纤和两个输出保偏尾纤，所述输入保偏尾纤和所述输出保偏尾纤的快轴与所述Y波导TE模0°对轴熔接；

所述输入保偏尾纤与所述保偏耦合器的第二端0°对轴熔接；

所述保偏光子晶体光纤环的两个尾纤大空气孔轴线与所述Y波导的两个所述输出保偏尾纤应力轴90°对轴熔接；

所述保偏光纤耦合器的第三端与所述探测器尾纤熔接，所述探测器实现陀螺干涉信号的检测。

2.如权利要求1所述的光纤陀螺，其特征在于，所述光子晶体光纤环采用短轴模场直径为5.5μm-6.5μm的大双孔保偏光子晶体光纤绕制光纤环。

3.如权利要求1所述的光纤陀螺，其特征在于，所述宽谱光源为SLD光源或SFS光源。