CN105928500B - 一种偏振分光五端口器件及晶体集成光纤陀螺仪 - Google Patents

一种偏振分光五端口器件及晶体集成光纤陀螺仪 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种偏振分光五端口器件及晶体集成光纤陀螺仪，所述偏振分光五端口器件包括：第一沃拉斯顿棱镜、第二沃拉斯顿棱镜、第一旋光片、第三沃拉斯顿棱镜、第二旋光片，所述第一沃拉斯顿棱镜与第二沃拉斯顿棱镜连接，所述第二沃拉斯顿棱镜与所述第一旋光片连接，所述第一旋光片与所述第三沃拉斯顿棱镜连接，所述第三沃拉斯顿棱镜设置有第三慢轴和第三快轴，所述第三慢轴与所述第二旋光片连接。从而实现光路的集成，减小光路体积，可以有效降低对可调谐激光器和光路功率稳定性的要求，减小光路对外界温度的敏感度，降低器件和光纤陀螺的成本，提高产品的可靠性。

Description

一种偏振分光五端口器件及晶体集成光纤陀螺仪
技术领域
本发明涉及惯性传感器制造技术领域，特别是指一种偏振分光五端口器件及晶体集成光纤陀螺仪。
背景技术
近年来，光纤陀螺仪需要5个独立的光学器件组成，为光纤陀螺专用的光学器件，所用的材料和制作工艺不同，不能实现光纤陀螺光路的集成制造，由于是专用器件，制造成本较高，光纤陀螺的光学器件对温度非常敏感，需要通过提高光学器件的温度性能，提出新的温度抑制方法，改善陀螺的温度性能，对光学器件的温度性能提出了很高的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种偏振分光五端口器件及晶体集成光纤陀螺仪，能够提高偏振分光器件的的集成度、稳定性和温度性能，降低光纤陀螺的成本。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种偏振分光五端口器件，所述偏振分光五端口器件包括：第一沃拉斯顿棱镜、第二沃拉斯顿棱镜、第一旋光片、第三沃拉斯顿棱镜和第二旋光片，所述第一沃拉斯顿棱镜与第二沃拉斯顿棱镜连接，所述第二沃拉斯顿棱镜与所述第一旋光片连接，所述第一旋光片与所述第三沃拉斯顿棱镜连接，所述第三沃拉斯顿棱镜设置有第三慢轴和第三快轴，所述第三慢轴与所述第二旋光片连接。
优选的，所述第一沃拉斯顿棱镜设置有第一慢轴和第一快轴，所述第二沃拉斯顿棱镜设置有第二慢轴和第二快轴，所述第一沃拉斯顿棱镜的第一慢轴与所述第二沃拉斯顿棱镜的第二慢轴连接，所述第二沃拉斯顿棱镜的第二慢轴与所述第一旋光片连接，所述第一旋光片与所述第三沃拉斯顿棱镜的第三慢轴和第三快轴连接。
优选的，所述第二旋光片与光纤环的慢轴连接，所述第三沃拉斯顿棱镜的第三快轴与光纤环的快轴连接。
优选的，所述第一沃拉斯顿棱镜的第一慢轴与所述第二沃拉斯顿棱镜的第二慢轴连接的熔接角度为0°，所述第二沃拉斯顿棱镜的第二慢轴与所述第一旋光片连接的熔接角度为0°，所述第一旋光片与所述第三沃拉斯顿棱镜第三慢轴和第三快轴连接的熔接角度为0°。
优选的，当线偏振光
Figure GSB0000184373730000021
沿光纤慢轴输入第一沃拉斯顿棱镜的慢轴时，第一沃拉斯顿棱镜输出的线偏振光为：
Figure GSB0000184373730000022
Figure GSB0000184373730000023
进入第二沃拉斯顿棱镜的慢轴，第二沃拉斯顿棱镜输出的线偏振光为：
Figure GSB0000184373730000024
进入第一旋光片，第一旋光片使光的偏振态发生45°旋转，偏振光耦合：
Figure GSB0000184373730000026
得到慢轴光为：
Figure GSB0000184373730000027
得到快轴光为：
Figure GSB0000184373730000028
慢轴光进入第三沃拉斯顿棱镜慢轴形成慢轴光：
Figure GSB0000184373730000032
快轴光
Figure GSB0000184373730000033
进入第三沃拉斯顿棱镜快轴形成快轴光：
慢轴光
Figure GSB0000184373730000035
进入第二旋光片后，光的偏振态发生90°旋转：
Figure GSB0000184373730000036
偏振光
Figure GSB0000184373730000037
耦合进光纤环的慢轴，形成顺时针传播的光即CW光；
快轴光
Figure GSB0000184373730000038
耦合进入光纤环的快轴，形成逆时针光即CCW光，CCW光
Figure GSB0000184373730000039
进入第二旋光片后，输出为：
Figure GSB00001843737300000310
Figure GSB00001843737300000311
进入第三沃拉斯顿棱镜的慢轴；
慢轴光进入第一旋光片，形成：
快轴光
Figure GSB00001843737300000314
然后进入第一旋光片，形成：
Figure GSB00001843737300000315
慢轴光
Figure GSB00001843737300000316
经过第二沃拉斯顿棱镜后，慢轴光为：
Figure GSB0000184373730000041
快轴光
Figure GSB0000184373730000042
经过第二沃拉斯顿棱镜后，快轴光为：
Figure GSB0000184373730000043
快轴光
Figure GSB0000184373730000044
由第二沃拉斯顿棱镜的第二快轴输出，慢轴光进入第一沃拉斯顿棱镜，由第一沃拉斯顿棱镜的第一快轴输出。
本发明还提供一种晶体集成光纤陀螺仪，所述晶体集成光纤陀螺仪包括所述的偏振分光五端口器件。
优选的，晶体集成光纤陀螺仪包括可调谐激光器、光纤环、延迟环、双端尾纤探测器和检测电路，所述可调谐激光器、光纤环、延迟环和双端尾纤探测器与所述偏振分光五端口器件连接，所述检测电路与所述双端尾纤探测器连接。
优选的，所述可调谐激光器与所述偏振分光五端口器件的第一端口连接，所述光纤环的两端与所述偏振分光五端口器件的第二端口和第三端口连接，所述延迟环的两端分别与偏振分光五端口器件的第四端口和双端尾纤探测器连接，所述双端尾纤探测器分别与偏振分光五端口器件的第五端口和检测电路连接。
优选的，所述偏振分光五端口器件的第一端口为第一沃拉斯顿棱镜的第一慢轴，所述偏振分光五端口器件的第二端口为第二旋光片与第三沃拉斯顿棱镜的第三慢轴连接的另一端，所述偏振分光五端口器件的第三端口为第三沃拉斯顿棱镜的第三快轴，所述偏振分光五端口器件的第四端口为第二沃拉斯顿棱镜的第二快轴，所述偏振分光五端口器件的第五端口为第一沃拉斯顿棱镜的第一快轴。
优选的，所述可调谐激光器与可调谐激光器驱动器连接。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，通过设置包括第一沃拉斯顿棱镜、第二沃拉斯顿棱镜、第一旋光片、第三沃拉斯顿棱镜和第二旋光片的偏振分光五端口器件，从而实现光路的集成，减小光路体积，可以有效降低对可调谐激光器和光路功率稳定性的要求，减小光路对外界温度的敏感度，降低器件和光纤陀螺的成本，提高产品的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的偏振分光五端口器件结构示意图；
图2为本发明实施例的晶体集成光纤陀螺仪结构示意图。
[主要元件符号说明]
第一沃拉斯顿棱镜1；
第二沃拉斯顿棱镜2；
第一旋光片3；
第三沃拉斯顿棱镜4；
第二旋光片5；
光纤环6；
偏振分光五端口器件7；
可调谐激光器8；
延迟环9；
双端尾纤探测器10；
检测电路11；
可调谐激光器驱动器12。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例的一种偏振分光五端口器件，所述偏振分光五端口器件包括：第一沃拉斯顿棱镜1、第二沃拉斯顿棱镜2、第一旋光片3、第三沃拉斯顿棱镜4、第二旋光片5，所述第一沃拉斯顿棱镜1与第二沃拉斯顿棱镜2连接，所述第二沃拉斯顿棱镜2与所述第一旋光片4连接，所述第一旋光片3与所述第三沃拉斯顿棱镜4连接，所述第三沃拉斯顿棱镜4设置有第三慢轴和第三快轴，所述第三慢轴与所述第二旋光片5连接。
优选的，所述第一沃拉斯顿棱镜设置有第一慢轴和第一快轴，所述第二沃拉斯顿棱镜设置有第二慢轴和第二快轴，所述第一沃拉斯顿棱镜的第一慢轴与所述第二沃拉斯顿棱镜的第二慢轴连接，所述第二沃拉斯顿棱镜的第二慢轴与所述第一旋光片连接，所述第一旋光片与所述第三沃拉斯顿棱镜的第三慢轴和第三快轴连接。
优选的，所述第二旋光片5与光纤环6的慢轴连接，所述第三沃拉斯顿棱镜4的第三快轴与光纤环6的快轴连接。
本发明实施例的偏振分光五端口器件，
通过设置包括第一沃拉斯顿棱镜、第二沃拉斯顿棱镜、第一旋光片、第三沃拉斯顿棱镜和第二旋光片的偏振分光五端口器件，从而实现光路的集成，减小光路体积，可以有效降低对可调谐激光器和光路功率稳定性的要求，减小光路对外界温度的敏感度，降低器件和光纤陀螺的成本，提高产品的可靠性。
优选的，所述第一沃拉斯顿棱镜的第一慢轴与所述第二沃拉斯顿棱镜的第二慢轴连接的熔接角度为0°，所述第二沃拉斯顿棱镜的第二慢轴与所述第一旋光片连接的熔接角度为0°，所述第一旋光片与所述第三沃拉斯顿棱镜第三慢轴和第三快轴连接的熔接角度为0°。
优选的，当线偏振光
Figure GSB0000184373730000061
沿光纤慢轴输入第一沃拉斯顿棱镜的慢轴时，第一沃拉斯顿棱镜输出的线偏振光为：
Figure GSB0000184373730000062
进入第二沃拉斯顿棱镜的慢轴，第二沃拉斯顿棱镜输出的线偏振光为：
Figure GSB0000184373730000064
进入第一旋光片，第一旋光片使光的偏振态发生45°旋转，偏振光耦合：
Figure GSB0000184373730000071
得到慢轴光为：
Figure GSB0000184373730000072
得到快轴光为：
Figure GSB0000184373730000073
慢轴光
Figure GSB0000184373730000074
进入第三沃拉斯顿棱镜慢轴形成慢轴光：
Figure GSB0000184373730000075
快轴光
Figure GSB0000184373730000076
进入第三沃拉斯顿棱镜快轴形成快轴光：
Figure GSB0000184373730000077
慢轴光
Figure GSB0000184373730000078
进入第二旋光片后，光的偏振态发生90°旋转：
Figure GSB0000184373730000079
偏振光
Figure GSB00001843737300000710
耦合进光纤环的慢轴，形成顺时针传播的光即CW光；
快轴光
Figure GSB00001843737300000711
耦合进入光纤环的快轴，形成逆时针光即CCW光，CCW光
Figure GSB00001843737300000712
进入第二旋光片后，输出为：
Figure GSB0000184373730000081
进入第三沃拉斯顿棱镜的慢轴；
慢轴光
Figure GSB0000184373730000082
进入第一旋光片，形成：
Figure GSB0000184373730000083
快轴光
Figure GSB0000184373730000084
然后进入第一旋光片，形成：
Figure GSB0000184373730000085
慢轴光
Figure GSB0000184373730000086
经过第二沃拉斯顿棱镜后，慢轴光为：
快轴光
Figure GSB0000184373730000088
经过第二沃拉斯顿棱镜后，快轴光为：
Figure GSB0000184373730000089
快轴光由第二沃拉斯顿棱镜的第二快轴输出，慢轴光
Figure GSB00001843737300000811
进入第一沃拉斯顿棱镜，由第一沃拉斯顿棱镜的第一快轴输出。
如图2所示本发明还提供一种晶体集成光纤陀螺仪，所述晶体集成光纤陀螺仪包括以上所述的偏振分光五端口器件7。
优选的，晶体集成光纤陀螺仪包括可调谐激光器8、光纤环6、延迟环9、双端尾纤探测器10和检测电路11，所述可调谐激光器8、光纤环6、延迟环9和双端尾纤探测器10与所述偏振分光五端口器件7连接，所述检测电路11与所述双端尾纤探测器10连接。
本发明实施例的晶体集成光纤陀螺仪，通过设置可调谐激光器、偏振分光五端口器件、光纤环、延迟环、双端尾纤探测器和检测电路，并将可调谐激光器、光纤环、延迟环和双端尾纤探测器与偏振分光五端口器件连接，能够简化陀螺仪安装的繁琐程度，提高器件集成度，保证器件的稳定性。
优选的，所述可调谐激光器与所述偏振分光五端口器件的第一端口连接，所述光纤环的两端与所述偏振分光五端口器件的第二端口和第三端口连接，所述延迟环的两端分别与偏振分光五端口器件的第四端口和双端尾纤探测器连接，所述双端尾纤探测器分别与偏振分光五端口器件的第五端口和检测电路连接。
优选的，所述偏振分光五端口器件的第一端口为第一沃拉斯顿棱镜的第一慢轴，所述偏振分光五端口器件的第二端口为第二旋光片与第三沃拉斯顿棱镜的第三慢轴连接的另一端，所述偏振分光五端口器件的第三端口为第三沃拉斯顿棱镜的第三快轴，所述偏振分光五端口器件的第四端口为第二沃拉斯顿棱镜的第二快轴，所述偏振分光五端口器件的第五端口为第一沃拉斯顿棱镜的第一快轴。
优选的，所述可调谐激光器与可调谐激光器驱动器12连接。
在使用时，可以利用可调谐激光器驱动提供可调谐激光器发光的驱动和温度控制电流，可调谐激光器发出偏振光，偏振光经过五端口被分成两束偏振态相互正交的偏振光，分别为顺时针光CW和逆时针光CCW。CW和CCW光耦合进入光纤环，经过光纤环相向传播，分别耦合进入偏振分光五端口器件，经过合光和分光后，形成两束光，分别耦合进入双端尾纤探测器和延迟环，光经过延迟环的延迟时间进入双端尾纤探测器的另外一端，经过双端尾纤探测器光电转换后进入检测电路。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进。

Claims (7)

1.一种偏振分光五端口器件，其特征在于，所述偏振分光五端口器件包括：第一沃拉斯顿棱镜、第二沃拉斯顿棱镜、第一旋光片、第三沃拉斯顿棱镜和第二旋光片，所述第一沃拉斯顿棱镜与第二沃拉斯顿棱镜连接，所述第二沃拉斯顿棱镜与所述第一旋光片连接，所述第一旋光片与所述第三沃拉斯顿棱镜连接，所述第三沃拉斯顿棱镜设置有第三慢轴和第三快轴，所述第三慢轴与所述第二旋光片连接；
所述第一沃拉斯顿棱镜设置有第一慢轴和第一快轴，所述第二沃拉斯顿棱镜设置有第二慢轴和第二快轴，所述第一沃拉斯顿棱镜的第一慢轴与所述第二沃拉斯顿棱镜的第二慢轴连接，所述第二沃拉斯顿棱镜的第二慢轴与所述第一旋光片连接，所述第一旋光片与所述第三沃拉斯顿棱镜的第三慢轴和第三快轴连接；所述第二旋光片与光纤环的慢轴连接，所述第三沃拉斯顿棱镜的第三快轴与光纤环的快轴连接；
当线偏振光
Figure FSB0000184373720000011
沿光纤慢轴输入第一沃拉斯顿棱镜的慢轴时，第一沃拉斯顿棱镜输出的线偏振光为：
Figure FSB0000184373720000012
Figure FSB0000184373720000013
进入第二沃拉斯顿棱镜的慢轴，第二沃拉斯顿棱镜输出的线偏振光为：
Figure FSB0000184373720000014
进入第一旋光片，第一旋光片使光的偏振态发生45°旋转，偏振光耦合：
Figure FSB0000184373720000021
得到慢轴光为：
Figure FSB0000184373720000022
得到快轴光为：
慢轴光进入第三沃拉斯顿棱镜慢轴形成慢轴光：
Figure FSB0000184373720000025
快轴光
Figure FSB0000184373720000026
进入第三沃拉斯顿棱镜快轴形成快轴光：
Figure FSB0000184373720000027
慢轴光
Figure FSB0000184373720000028
进入第二旋光片后，光的偏振态发生90°旋转：
Figure FSB0000184373720000029
偏振光
Figure FSB00001843737200000210
耦合进光纤环的慢轴，形成顺时针传播的光即CW光；
快轴光
Figure FSB00001843737200000211
耦合进入光纤环的快轴，形成逆时针光即CCW光，CCW光进入第二旋光片后，输出为：
Figure FSB00001843737200000213
Figure FSB00001843737200000214
进入第三沃拉斯顿棱镜的慢轴；
慢轴光进入第一旋光片，形成：
Figure FSB0000184373720000032
快轴光
Figure FSB0000184373720000033
然后进入第一旋光片，形成：
Figure FSB0000184373720000034
慢轴光经过第二沃拉斯顿棱镜后，慢轴光为：
Figure FSB0000184373720000036
快轴光
Figure FSB0000184373720000037
经过第二沃拉斯顿棱镜后，快轴光为：
快轴光
Figure FSB0000184373720000039
由第二沃拉斯顿棱镜的第二快轴输出，慢轴光
Figure FSB00001843737200000310
进入第一沃拉斯顿棱镜，由第一沃拉斯顿棱镜的第一快轴输出。
2.根据权利要求1所述的偏振分光五端口器件，其特征在于，所述第一沃拉斯顿棱镜的第一慢轴与所述第二沃拉斯顿棱镜的第二慢轴连接的熔接角度为0°，所述第二沃拉斯顿棱镜的第二慢轴与所述第一旋光片连接的熔接角度为0°，所述第一旋光片与所述第三沃拉斯顿棱镜第三慢轴和第三快轴连接的熔接角度为0°。
3.一种晶体集成光纤陀螺仪，其特征在于，所述晶体集成光纤陀螺仪包括权利要求1至2任意一项所述的偏振分光五端口器件。
4.根据权利要求3所述的晶体集成光纤陀螺仪，其特征在于，晶体集成光纤陀螺仪包括可调谐激光器、光纤环、延迟环、双端尾纤探测器和检测电路，所述可调谐激光器、光纤环、延迟环和双端尾纤探测器与所述偏振分光五端口器件连接，所述检测电路与所述双端尾纤探测器连接。
5.根据权利要求4所述的晶体集成光纤陀螺仪，其特征在于，所述可调谐激光器与所述偏振分光五端口器件的第一端口连接，所述光纤环的两端与所述偏振分光五端口器件的第二端口和第三端口连接，所述延迟环的两端分别与偏振分光五端口器件的第四端口和双端尾纤探测器连接，所述双端尾纤探测器分别与偏振分光五端口器件的第五端口和检测电路连接。
6.根据权利要求5所述的晶体集成光纤陀螺仪，其特征在于，所述偏振分光五端口器件的第一端口为第一沃拉斯顿棱镜的第一慢轴，所述偏振分光五端口器件的第二端口为第二旋光片与第三沃拉斯顿棱镜的第三慢轴连接的另一端，所述偏振分光五端口器件的第三端口为第三沃拉斯顿棱镜的第三快轴，所述偏振分光五端口器件的第四端口为第二沃拉斯顿棱镜的第二快轴，所述偏振分光五端口器件的第五端口为第一沃拉斯顿棱镜的第一快轴。
7.根据权利要求4所述的晶体集成光纤陀螺仪，其特征在于，所述可调谐激光器与可调谐激光器驱动器连接。
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Citations (4)

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