CN109556595B - 一种利用偏振分离消除热效应的光纤陀螺 - Google Patents

一种利用偏振分离消除热效应的光纤陀螺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用光源偏振分离用来消除热效应的光纤陀螺装置。该发明中宽谱光源经过起偏器形成高偏光，经过45°保偏对轴均分成两束正交偏振光，分别进入偏振分束器的快轴和慢轴，再经过一个偏振分束器后快轴和慢轴的光进入同一个光纤环，相同轴向的偏振光发生Sagnac效应后，分别由两个独立的光电探测器进行探测，通过信号处理可以抵消到热效应带来的Shupe效应误差。该装置结构简单、集成度高，在光路结构上将Sagnac效应与Shupe效应分离，提高了光纤陀螺的测试精度。

Description

一种利用偏振分离消除热效应的光纤陀螺
技术领域
本发明设计属于光纤陀螺技术领域，具体涉及到一种利用光源偏振分离用来消除热效应的光纤陀螺装置。
背景技术
干涉型光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的全固态惯性仪表，在航空、航天、航海领域，作为高精度角速度传感器具有重大的应用价值。其中的保偏光纤环采用几百米到几公里的保偏光纤进行绕制，由于光纤环的绕制工艺，在非对称位置的弯曲、扭转、涂胶不均匀等原因，使其极易产生非互易效应。特别地，温度变化对于光纤陀螺的零偏、零偏稳定性都会产生重要的影响。典型光纤陀螺装置采用单一高偏光工作，由于温度扰动引起的产生非互易相移，与陀螺自身旋转引起的Sagnac相移无法区分，在光纤陀螺中将产生较大的角速度偏置误差。
如何消除温度热效应带来的零偏误差成为影响光纤陀螺性能的一个重要因素。一种方案就是直接改造光纤环：2013年，北京自动化控制设备研究所的毕聪志等人发明了一种可减小光纤陀螺温度漂移传感环圈制备方法(中国专利号ZL 201310267882.3)，该发明提供了一种从金属骨架中点开始进行绕制的光纤环装置，降低了复杂温变环境下光纤陀螺的零偏变化量；2016年，北京航天时代光电科技有限公司的黄鑫岩等人发明了一种温控方案，用于光电分离式光纤陀螺光路(中国专利号ZL 201510890482.7)，该发明直接加热光纤环使其内部温度场均匀分布，使其在稳定的温度范围内工作从而避免Shupe效应产生的零偏变化，另外陀螺将电路也分离出来。
上述消除温度热效应带来的零偏误差的方案是从改进光纤环角度入手，需要特殊定制的机械组件，加工精度和工艺技术有特殊要求，也没有将Shupe效应完全分离出去。2015年，浙江大学的周柯江等人发明了一种消除热效应的光纤陀螺(中国专利号ZL201510040498.9)，该发明从改变光纤陀螺整体结构入手，可以将Shupe效应与Sagnac效应完全分离，但是需要一种基于Ti扩散的特殊工艺光学集成芯片。对于低成本、高可靠的光纤陀螺，需要结构更加简单的Shupe效应与Sagnac效应分离方案。
发明内容
本发明的目的是将Shupe效应与Sagnac效应完全分离，提供一种结构简单、集成度高的光纤陀螺装置。该装置将光源按照偏振态进行分离，利用同一个光纤环，将两组信号处理后消除热效应。
本发明一个技术方案提供一种利用偏振分离消除热效应的光纤陀螺，其包含：
高偏光源、45°连接点、第一保偏偏振分束器、第二保偏偏振分束器、第一环行器、第二环行器、保偏光纤环；
所述高偏光源含有宽谱光源和偏振器，沿快轴或慢轴输出偏振光；
所述45°连接点连接偏振器，还连接第一保偏偏振分束器的任意一个合光端口，偏振光被均分成相互垂直的两束后，快轴的光输入到第一保偏偏振分束器的第一分光端口，慢轴的光输入到第一保偏偏振分束器的第二分光端口；
所述第一保偏偏振分束器的第一分光端口连接第一环行器，允许快轴的光经过第一环行器的第一端口从第一环行器的第二端口输出；
所述第一保偏偏振分束器的第二分光端口连接第二环行器，允许慢轴的光经过第二环行器的第一端口从第二环行器的第二端口输出；
所述第一环行器的第二端口连接第二保偏偏振分束器的第一分光端口，允许快轴的光进入到第二保偏偏振分束器的第一分光端口；
所述第二环行器的第二端口连接第二保偏偏振分束器的第二分光端口，允许慢轴的光进入到第二保偏偏振分束器的第二分光端口；
所述第二保偏偏振分束器的第一合光端口、第二合光端口分别连接保偏光纤环的两端，使经由第二保偏偏振分束器第一分光端口进入的快轴的光，通过第二保偏偏振分束器的第一合光端口和第二合光端口，分别以顺时针和逆时针两个方向进入到保偏光纤环，形成闭环的Sagnac效应；
或者，使经由第二保偏偏振分束器第二分光端口进入的慢轴的光，通过第二保偏偏振分束器的第一合光端口和第二合光端口，分别以顺时针和逆时针两个方向进入到保偏光纤环，形成闭环的Sagnac效应。
可选地，所述光纤陀螺进一步包含：相位调制器、第一光电探测器、第二光电探测器、信号处理单元；
顺时针和逆时针两个方向的光通过保偏光纤环后，在第二保偏偏振分束器相遇发生干涉，快轴干涉光返回第二保偏偏振分束器的第一分光端口，经第一环行器的第二端口传输到第一环行器的第三端口，通过与第一环行器第三端口连接的第一光电探测器检测并输出相应的第一干涉信号；
慢轴干涉光返回第二保偏偏振分束器的第二分光端口，经第二环行器的第二端口传输到第二环行器的第三端口，通过与第二环行器的第三端口连接的第二光电探测器检测并输出相应的第二干涉信号；
第一光电探测器和第二光电探测器向与其分别连接的信号处理单元分别提供第一干涉信号和第二干涉信号；所述信号处理单元输出角速度信号，并对相位调制器进行控制。
可选地，第一保偏偏振分束器、第二保偏偏振分束器之中的任意一个保偏偏振分束器是一种×的四端口光学器件，四个端口均为保偏光纤；
任意一个保偏偏振分束器之中，两个合光端口允许快轴的光和慢轴的光通过；第一分光端口只允许快轴的光通过，第二分光端口只允许慢轴的光通过；
当偏振光从任意一个合光端口输入时，快轴的光只能从第一分光端口输出，慢轴的光只能从第二分光端口输出；
当快轴的光从第一分光端口输入时，两个合光端口将光等分输出；当慢轴的光从第二分光端口输入时，两个合光端口将光等分输出。
可选地，所述45°连接点通过保偏光纤熔接机进行45°熔接；
或者，所述45°连接点通过高精度光纤连接器、光纤法兰盘进行45°对接。
可选地，第一环行器、第二环行器之中的任意一个环行器，是一种三端口光学器件，三个端口均为保偏光纤；
任意一个环行器之中，从第一端口输入的光，只能从第二端口输出；从第二端口输入的光，只能从第三端口输出；反之均不能传输。
本发明的另一个技术方案提供一种利用偏振分离消除热效应的光纤陀螺，其包含：
高偏光源、45°连接点、第一保偏偏振分束器、第二保偏偏振分束器、保偏光纤环；
所述高偏光源含有宽谱光源和偏振器，沿快轴或慢轴输出偏振光；
所述45°连接点连接偏振器，还连接第一保偏偏振分束器的第一合光端口，偏振光被均分成相互垂直的两束后，快轴的光经第一保偏偏振分束器的第一分光端口，进入到与之连接的第二保偏偏振分束器的第一分光端口，而慢轴的光经第一保偏偏振分束器的第二分光端口，进入到与之连接的第二保偏偏振分束器的第二分光端口；
所述第二保偏偏振分束器的第一合光端口、第二合光端口分别连接保偏光纤环的两端，使经由第二保偏偏振分束器第一分光端口进入的快轴的光，通过第二保偏偏振分束器的第一合光端口和第二合光端口，分别以顺时针和逆时针两个方向进入到保偏光纤环，形成闭环的Sagnac效应；
或者，使经由第二保偏偏振分束器第二分光端口进入的慢轴的光，通过第二保偏偏振分束器的第一合光端口和第二合光端口，分别以顺时针和逆时针两个方向进入到保偏光纤环，形成闭环的Sagnac效应。
可选地，所述光纤陀螺进一步包含：第三保偏偏振分束器、相位调制器、第一光电探测器、第二光电探测器、信号处理单元；
顺时针和逆时针两个方向的光通过保偏光纤环后，在第二保偏偏振分束器相遇发生干涉，快轴干涉光返回第二保偏偏振分束器的第一分光端口，慢轴干涉光返回第二保偏偏振分束器的第二分光端口；
所述第一保偏偏振分束器的第二合光端口连接第三保偏偏振分束器的第一合光端口，两种干涉光反向传输一次经过第一保偏偏振分束器、第三保偏偏振分束器，使快轴干涉光从第三保偏偏振分束器的第一分光端口通过，进入与第三保偏偏振分束器第一分光端口连接的第一光电探测器检测并产生相应的第一干涉信号，慢轴干涉光从第三保偏偏振分束器的第二分光端口通过，进入与第三保偏偏振分束器第二分光端口连接的第二光电探测器检测并产生相应的第二干涉信号；
第一光电探测器和第二光电探测器向与其分别连接的信号处理单元分别提供第一干涉信号和第二干涉信号；所述信号处理单元输出角速度信号，并对相位调制器进行控制。
可选地，第一保偏偏振分束器、第二保偏偏振分束器、第三保偏偏振分束器之中的任意一个保偏偏振分束器，是一种×的四端口光学器件，四个端口均为保偏光纤；
任意一个保偏偏振分束器之中，两个合光端口运行快轴的光和慢轴的光通过；第一分光端口只允许快轴的光通过，第二分光端口只允许慢轴的光通过；
当偏振光从任意一个合光端口输入时，快轴的光只能从第一分光端口输出，慢轴的光只能从第二分光端口输出；
当快轴的光从第一分光端口输入时，两个合光端口将光等分输出；当慢轴的光从第二分光端口输入时，两个合光端口将光等分输出。
可选地，所述45°连接点通过保偏光纤熔接机进行45°熔接；
或者，所述45°连接点通过高精度光纤连接器、光纤法兰盘进行45°对接。
本发明的有益效果在于：
(1)利用光源特性实现偏振分离，对两种偏振态的干涉信号进行处理，可以将光纤陀螺的Shupe效应与Sagnac效应完全分离；
(2)装置共用同一个光源、同一个光纤环，实现波分复用的同时降低了对环境因素的要求，对环境的适应性强。
(3)装置易实现、结构简单、集成度高。
附图说明
图1是一种利用偏振分离消除热效应的光纤陀螺装置示意图；
图2是另一种利用偏振分离消除热效应的光纤陀螺装置示意图；
图3是一种典型光纤陀螺装置示意图；
图4是四端口高保偏性能的偏振分束器结构示意图；
图5是保偏光纤45°对轴连接示意图；
图6是三端口保偏环行器结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
一般地，典型光纤陀螺装置(如附图3所示)包括宽谱光源(SLD)11、第一分束器91、第二分束器92、偏振器12、保偏光纤环5、相位调制器6、光电探测器71、信号处理单元8。宽谱光源11发出的光依次经过第一分束器91、偏振器12、第二分束器92后一分为二；两束光顺时针和逆时针两个方向的光通过保偏光纤环5后，在第二分束器92相遇发生干涉；干涉信号返回依次经过第二分束器92、偏振器12、第一分束器91一分为二，其中一束到达光电探测器71经过光电转换，输出角速度信号；其中信号处理单元8控制相位调制器6。这种光纤陀螺由于外界环境变化引入Shupe效应，从而造成零偏漂移。以下实施例可将Shupe效应分离，从而提高光纤陀螺的测量精度。
实施例1
本发明的一种利用光源偏振分离用来消除热效应的光纤陀螺装置(如附图1所示)，包括高偏光源1、45°连接点2、第一保偏偏振分束器31、第二保偏偏振分束器32、第一环行器41、第二环行器42、保偏光纤环5、相位调制器6、第一光电探测器71、第二光电探测器72、信号处理单元8。
高保偏性能的所述第一保偏偏振分束器31是一种2×2的四端口光学器件(如附图4所示)，四个端口均为保偏光纤。两个合光端口31a和31b快轴A、慢轴B均能通光；第一分光端口31c只能允许慢轴C通光，第二分光端口31d只能允许快轴D通光。当偏振光从合光端口31a或31b输入时，快轴分量的光只能从第一分光端口31c输出，慢轴分量的光只能从第二分光端口31d输出；反之，当快轴的光从第一分光端口31c输入、或慢轴的光从第二分光端口31d输入时，两个合光端口31a和31b可将输入光等分输出。第二保偏偏振分束器31与上述第一保偏偏振分束器31的结构类似，不再赘述。
所述的45°连接点2(如附图5所示)，可以通过保偏光纤熔接机进行45°熔接，也可以通过高精度光纤连接器、光纤法兰盘进行45°对接。
所述的第一环行器41是一种三端口光学器件，三个端口均为保偏光纤。光从第一端口41a输入，只能从第二端口41b输出；从第二端口41b输入，只能从第三端口41c输出；反之均不能传输。第二环行器42使用与上述第一环行器41结构类似，不再赘述。
所述的高偏光源1含有宽谱光源11、偏振器12，沿快轴(或慢轴)输出偏振光；经过45°连接点2连接第一保偏偏振分束器31，偏振光被平均分成相互垂直的两束，分别映射在合光端口31a或31b正交的快轴和慢轴；两束光在第一保偏偏振分束器31经过分光端口31c、31d完全分离，快轴的光输入到第一分光端口31c，慢轴的光输入到第二分光端口31d。
第一保偏偏振分束器31的分光端口31c、31d分别连接第一环行器41、第二环行器42，快轴的光经过第一环行器41第一端口41a从第一环行器41第二端口41b输出，慢轴的光经过第二环行器42第一端口42a从第二环行器42第二端口42b输出。
第一环行器41和第二环行器42分别连接第二保偏偏振分束器32的两个分光端口32c、32d，快轴的光进入到第一分光端口32c，慢轴的光进入到第二分光端口32d。
第二保偏偏振分束器32的两个合光端口32a、32b分别连接保偏光纤环5的两端，快轴(和慢轴)的光通过第一合光端口32a和第二合光端口32b，分别顺时针和逆时针进入到保偏光纤环5，形成闭环的Sagnac效应。
顺时针和逆时针两个方向的光通过保偏光纤环5后，在第二保偏偏振分束器32相遇发生干涉，快轴的干涉光返回第一分光端口32c，慢轴的干涉光返回第二分光端口32d。
两种干涉光经由与环行器41、42分别连接的光电探测器71、72探测，快轴干涉光经过第一环行器41的第二端口41b输入第三端口41c输出，由第一光电探测器71检测，慢轴干涉光经过第二环行器42的第二端口42b输入第三端口42c输出，由第二光电探测器72检测。
两个光电探测器71、72连接信号处理单元8，两组干涉信号分别经过光电转换，经综合处理后，输出角速度信号；信号处理单元8对相位调制器6进行控制。
本发明是对典型光纤陀螺装置的一种技术改进，下面对该光纤陀螺装置进行定性分析。
光纤陀螺中两个光电探测器得到的干涉信号信息
Figure BDA0001835420830000081
和
Figure BDA0001835420830000082
可以表示为
Figure BDA0001835420830000083
其中，
Figure BDA0001835420830000084
为光纤陀螺转动产生的Sagnac效应引起的角速度，
Figure BDA0001835420830000085
和
Figure BDA0001835420830000086
分别是光纤快轴和慢轴产生的Shupe效应误差。
根据如下关系
Figure BDA0001835420830000087
其中，f(DL)为跟保偏光纤环形状相关的参量，nf和ns分别是保偏光纤快轴和慢轴的折射率，T为温度。
将公式(1)和(2)进行整合，可以得到
Figure BDA0001835420830000088
根据公式(3)，我们可以得到消除Shupe效应的单纯由Sagnac效应产生的角速度。
实施例2
本发明还提供一种利用光源偏振分离用来消除热效应的光纤陀螺装置(如附图2所示)，包括高偏光源1、45°连接点2、第一保偏偏振分束器31、第二保偏偏振分束器32、第三保偏偏振分束器33、保偏光纤环5、相位调制器6、第一光电探测器71、第二光电探测器72、信号处理单元8。
所述的高偏光源1含有宽谱光源11、偏振器12，沿快轴(或慢轴)输出偏振光；经过45°连接点2连接第一保偏偏振分束器31，偏振光被平均分成相互垂直的两束，分别映射在合光端口31a正交的快轴和慢轴。两束光在第一保偏偏振分束器31经过分光端口31c、31d完全分离，快轴的光输入到第一分光端口31c，慢轴的光输入到第二分光端口31d。
第一保偏偏振分束器31分光端口31c、31d分别连接第二保偏偏振分束器32分光端口32c、32d，快轴的光进入第二保偏偏振分束器32分光端口32c，慢轴的光进入第二保偏偏振分束器32分光端口32d。
第二保偏偏振分束器32的两个合光端口32a、32b分别连接保偏光纤环5的两端，快轴(和慢轴)的光通过第一合光端口32a和第二合光端口32b，分别顺时针和逆时针进入到保偏光纤环5，形成闭环的Sagnac效应。
顺时针和逆时针两个方向的光通过保偏光纤环5后，在第二保偏偏振分束器32相遇发生干涉，快轴的干涉光返回第一分光端口32c，慢轴的干涉光返回第二分光端口32d。
第一保偏偏振分束器31的合光端口31b连接第三保偏偏振分束器33合光端口31a，两种干涉光反向传输一次经过第一保偏偏振分束器31、第三保偏偏振分束器33，快轴的干涉光从第一分光端口33c，慢轴的干涉光从第二分光端口33d通过。
第三保偏偏振分束器33的分光端口33c、33d分别连接光电探测器71、72，两组干涉信号分别经过光电转换，经综合处理后，输出角速度信号。信号处理单元8控制相位调制器6。
综上所述，本发明提供一种利用光源偏振分离用来消除热效应的光纤陀螺装置，其中宽谱光源经过起偏器形成高偏光，经过45°保偏对轴均分成两束正交偏振光，分别进入偏振分束器的快轴和慢轴，再经过一个偏振分束器后快轴和慢轴的光进入同一个光纤环，相同轴向的偏振光发生Sagnac效应后，分别由两个独立的光电探测器进行探测，通过信号处理可以抵消到热效应带来的Shupe效应误差。该装置结构简单、集成度高，在光路结构上将Sagnac效应与Shupe效应分离，提高了光纤陀螺的测试精度。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种利用偏振分离消除热效应的光纤陀螺，其特征在于，包含：
高偏光源(1)、45°连接点(2)、第一保偏偏振分束器(31)、第二保偏偏振分束器(32)、第一环行器(41)、第二环行器(42)、保偏光纤环(5)、相位调制器(6)、第一光电探测器(71)、第二光电探测器(72)、信号处理单元(8)；
所述高偏光源(1)含有宽谱光源(11)和偏振器(12)，沿快轴或慢轴输出偏振光；
所述45°连接点(2)连接偏振器(12)，还连接第一保偏偏振分束器(31)的任意一个合光端口(31a或31b)，偏振光被均分成相互垂直的两束后，快轴的光输入到第一保偏偏振分束器(31)的第一分光端口(31c)，慢轴的光输入到第一保偏偏振分束器(31)的第二分光端口(31d)；
所述第一保偏偏振分束器(31)的第一分光端口(31c)连接第一环行器(41)，允许快轴的光经过第一环行器(41)的第一端口(41a)从第一环行器(41)的第二端口(41b)输出；
所述第一保偏偏振分束器(31)的第二分光端口(31d)连接第二环行器(42)，允许慢轴的光经过第二环行器(42)的第一端口(42a)从第二环行器(42)的第二端口(42b)输出；
所述第一环行器(41)的第二端口(41b)连接第二保偏偏振分束器(32)的第一分光端口(32c)，允许快轴的光进入到第二保偏偏振分束器(32)的第一分光端口(32c)；
所述第二环行器(42)的第二端口(42b)连接第二保偏偏振分束器(32)的第二分光端口(32d)，允许慢轴的光进入到第二保偏偏振分束器(32)的第二分光端口(32d)；
所述第二保偏偏振分束器(32)的第一合光端口(32a)、第二合光端口(32b)分别连接保偏光纤环(5)的两端，使经由第二保偏偏振分束器(32)第一分光端口(32c)进入的快轴的光，通过第二保偏偏振分束器(32)的第一合光端口(32a)和第二合光端口(32b)，分别以顺时针和逆时针两个方向进入到保偏光纤环(5)，形成闭环的Sagnac效应；
或者，使经由第二保偏偏振分束器(32)第二分光端口(32d)进入的慢轴的光，通过第二保偏偏振分束器(32)的第一合光端口(32a)和第二合光端口(32b)，分别以顺时针和逆时针两个方向进入到保偏光纤环(5)，形成闭环的Sagnac效应；
其中，顺时针和逆时针两个方向的光通过保偏光纤环(5)后，在第二保偏偏振分束器(32)相遇发生干涉，快轴干涉光返回第二保偏偏振分束器(32)的第一分光端口(32c)，经第一环行器(41)的第二端口(41b)传输到第一环行器(41)的第三端口(41c)，通过与第一环行器(41)第三端口(41c)连接的第一光电探测器(71)检测并输出相应的第一干涉信号；
慢轴干涉光返回第二保偏偏振分束器(32)的第二分光端口(32d)，经第二环行器(42)的第二端口(42b)传输到第二环行器(42)的第三端口(42c)，通过与第二环行器(42)的第三端口(42c)连接的第二光电探测器(72)检测并输出相应的第二干涉信号；
第一光电探测器(71)和第二光电探测器(72)向与其分别连接的信号处理单元(8)分别提供第一干涉信号和第二干涉信号；所述信号处理单元(8)输出角速度信号，并对相位调制器(6)进行控制；
根据公式得到单纯由Sagnac效应产生的角速度：
Figure FDA0003814335830000021
其中，f(DL)是跟保偏光纤环形状相关的参量，
Figure FDA0003814335830000022
和
Figure FDA0003814335830000023
分别是第一干涉信号和第二干涉信号。
2.如权利要求1所述的光纤陀螺，其特征在于，
第一保偏偏振分束器(31)、第二保偏偏振分束器(32)之中的任意一个保偏偏振分束器是一种2×2的四端口光学器件，四个端口均为保偏光纤；
任意一个保偏偏振分束器之中，两个合光端口允许快轴的光和慢轴的光通过；第一分光端口只允许快轴的光通过，第二分光端口只允许慢轴的光通过；
当偏振光从任意一个合光端口输入时，快轴的光只能从第一分光端口输出，慢轴的光只能从第二分光端口输出；
当快轴的光从第一分光端口输入时，两个合光端口将光等分输出；当慢轴的光从第二分光端口输入时，两个合光端口将光等分输出。
3.如权利要求1所述的光纤陀螺，其特征在于，
所述45°连接点(2)通过保偏光纤熔接机进行45°熔接；
或者，所述45°连接点(2)通过高精度光纤连接器、光纤法兰盘进行45°对接。
4.如权利要求1所述的光纤陀螺，其特征在于，
第一环行器(41)、第二(42)环行器之中的任意一个环行器，是一种三端口光学器件，三个端口均为保偏光纤；
任意一个环行器之中，从第一端口输入的光，只能从第二端口输出；从第二端口输入的光，只能从第三端口输出；反之均不能传输。
5.一种利用偏振分离消除热效应的光纤陀螺，其特征在于，包含：
高偏光源(1)、45°连接点(2)、第一保偏偏振分束器(31)、第二保偏偏振分束器(32)、保偏光纤环(5)、第三保偏偏振分束器(33)、相位调制器(6)、第一光电探测器(71)、第二光电探测器(72)、信号处理单元(8)；
所述高偏光源(1)含有宽谱光源(11)和偏振器(12)，沿快轴或慢轴输出偏振光；
所述45°连接点(2)连接偏振器(12)，还连接第一保偏偏振分束器(31)的第一合光端口(31a)，偏振光被均分成相互垂直的两束后，快轴的光经第一保偏偏振分束器(31)的第一分光端口(31c)，进入到与之连接的第二保偏偏振分束器(32)的第一分光端口(32c)，而慢轴的光经第一保偏偏振分束器(31)的第二分光端口(31d)，进入到与之连接的第二保偏偏振分束器(32)的第二分光端口(32d)；
所述第二保偏偏振分束器(32)的第一合光端口(32a)、第二合光端口(32b)分别连接保偏光纤环(5)的两端，使经由第二保偏偏振分束器(32)第一分光端口(32c)进入的快轴的光，通过第二保偏偏振分束器(32)的第一合光端口(32a)和第二合光端口(32b)，分别以顺时针和逆时针两个方向进入到保偏光纤环(5)，形成闭环的Sagnac效应；
或者，使经由第二保偏偏振分束器(32)第二分光端口(32d)进入的慢轴的光，通过第二保偏偏振分束器(32)的第一合光端口(32a)和第二合光端口(32b)，分别以顺时针和逆时针两个方向进入到保偏光纤环(5)，形成闭环的Sagnac效应；
其中，顺时针和逆时针两个方向的光通过保偏光纤环(5)后，在第二保偏偏振分束器(32)相遇发生干涉，快轴干涉光返回第二保偏偏振分束器(32)的第一分光端口(32c)，慢轴干涉光返回第二保偏偏振分束器(32)的第二分光端口(32d)；
所述第一保偏偏振分束器(31)的第二合光端口(31b)连接第三保偏偏振分束器(33)的第一合光端口(31a)，两种干涉光反向传输一次经过第一保偏偏振分束器(31)、第三保偏偏振分束器(33)，使快轴干涉光从第三保偏偏振分束器(33)的第一分光端口(33c)通过，进入与第三保偏偏振分束器(33)第一分光端口(33c)连接的第一光电探测器(71)检测并产生相应的第一干涉信号，慢轴干涉光从第三保偏偏振分束器(33)的第二分光端口(33d)通过，进入与第三保偏偏振分束器(33)第二分光端口(33d)连接的第二光电探测器(72)检测并产生相应的第二干涉信号；
第一光电探测器(71)和第二光电探测器(72)向与其分别连接的信号处理单元(8)分别提供第一干涉信号和第二干涉信号；所述信号处理单元(8)输出角速度信号，并对相位调制器(6)进行控制；
根据公式得到单纯由Sagnac效应产生的角速度：
Figure FDA0003814335830000051
其中，f(DL)是跟保偏光纤环形状相关的参量，
Figure FDA0003814335830000052
和
Figure FDA0003814335830000053
分别是第一干涉信号和第二干涉信号。
6.如权利要求5所述的光纤陀螺，其特征在于，
第一保偏偏振分束器(31)、第二保偏偏振分束器(32)、第三保偏偏振分束器(33)之中的任意一个保偏偏振分束器，是一种2×2的四端口光学器件，四个端口均为保偏光纤；
任意一个保偏偏振分束器之中，两个合光端口运行快轴的光和慢轴的光通过；第一分光端口只允许快轴的光通过，第二分光端口只允许慢轴的光通过；
当偏振光从任意一个合光端口输入时，快轴的光只能从第一分光端口输出，慢轴的光只能从第二分光端口输出；
当快轴的光从第一分光端口输入时，两个合光端口将光等分输出；当慢轴的光从第二分光端口输入时，两个合光端口将光等分输出。
7.如权利要求5所述的光纤陀螺，其特征在于，
所述45°连接点(2)通过保偏光纤熔接机进行45°熔接；
或者，所述45°连接点(2)通过高精度光纤连接器、光纤法兰盘进行45°对接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111366881B (zh) 2020-03-20 2021-02-23 浙江大学 基于Sagnac干涉系统的全偏振法拉第磁场传感器及调制方法
CN111811494B (zh) * 2020-07-03 2022-04-05 浙江大学 一种光纤陀螺光路的多次光学倍增装置及方法
CN114674302B (zh) * 2022-05-30 2022-08-23 深圳奥斯诺导航科技有限公司 死端光功率回收再利用的双偏振光纤陀螺

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0987518A2 (de) * 1998-09-17 2000-03-22 LITEF GmbH Faseroptischer Kreisel mit geschlossener Regelschleife und Kompensation des Shupe-Effekts
GB0817382D0 (en) * 2007-09-25 2008-10-29 Weatherford Lamb Optical fiber coating system and monitoring method for improved thermal performance in fiber optic sensors
EP2230484A1 (en) * 2009-03-18 2010-09-22 Honeywell International Inc. Depolarizer for a fiber optic gyroscope (fog) using high birefringence photonic crystal fiber
CN103398709A (zh) * 2013-08-20 2013-11-20 重庆华渝电气仪表总厂 一种光纤陀螺仪全保偏光路
CN104634340A (zh) * 2015-01-27 2015-05-20 浙江大学 消除热效应的光纤陀螺仪
CN106441353A (zh) * 2016-07-07 2017-02-22 哈尔滨工程大学 一种光纤陀螺环偏振耦合的对称性评估装置
CN108195367A (zh) * 2018-02-08 2018-06-22 浙江大学 具有双倍灵敏度的光纤陀螺仪
WO2018169165A1 (ko) * 2017-03-13 2018-09-20 서강대학교 산학협력단 편광 빛살 가르게를 이용한 광섬유 사냑 간섭계

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8514401B2 (en) * 2010-07-16 2013-08-20 Peking University All-fiber interferometric fiber optic gyroscope having a minimum reciprocal configuration
FR3003095B1 (fr) * 2013-03-11 2015-04-10 Ixblue Dispositif de mesure interferometrique a fibre optique comportant un resonateur en anneau, gyrometre et centrale d'attitude ou de navigation inertielle comportant un tel dispositif

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0987518A2 (de) * 1998-09-17 2000-03-22 LITEF GmbH Faseroptischer Kreisel mit geschlossener Regelschleife und Kompensation des Shupe-Effekts
GB0817382D0 (en) * 2007-09-25 2008-10-29 Weatherford Lamb Optical fiber coating system and monitoring method for improved thermal performance in fiber optic sensors
EP2230484A1 (en) * 2009-03-18 2010-09-22 Honeywell International Inc. Depolarizer for a fiber optic gyroscope (fog) using high birefringence photonic crystal fiber
CN103398709A (zh) * 2013-08-20 2013-11-20 重庆华渝电气仪表总厂 一种光纤陀螺仪全保偏光路
CN104634340A (zh) * 2015-01-27 2015-05-20 浙江大学 消除热效应的光纤陀螺仪
CN106441353A (zh) * 2016-07-07 2017-02-22 哈尔滨工程大学 一种光纤陀螺环偏振耦合的对称性评估装置
WO2018169165A1 (ko) * 2017-03-13 2018-09-20 서강대학교 산학협력단 편광 빛살 가르게를 이용한 광섬유 사냑 간섭계
CN108195367A (zh) * 2018-02-08 2018-06-22 浙江大学 具有双倍灵敏度的光纤陀螺仪

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A fiber optical gyroscope with shupe error compensated optically;Xiaobin Xu等;《2014 International Conference on Multisensor Fusion and Information Integration for Intelligent Systems (MFI)》;20140929;第1-4页 *
基于偏振耦合理论的光纤陀螺环温度性能研究;李绪友等;《中国激光》;20100410(第04期);全文 *
干涉式光纤陀螺中Shupe效应与Sagnac效应的分离;周柯江等;《激光与红外》;20140420;第44卷(第4期);第429-432页 *
谐振式光学陀螺偏振噪声抑制方法;李霄等;《航天控制》;20171215(第06期);全文 *

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