CN109579814B

CN109579814B - 一种光纤陀螺仪

Info

Publication number: CN109579814B
Application number: CN201811351972.XA
Authority: CN
Inventors: 岳嵚; 曹绍情
Original assignee: Shenzhen Lightcomm Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Lightcomm Technology Co ltd
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2018-11-14
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2038-11-14
Also published as: CN109579814A

Abstract

本发明涉及陀螺仪技术领域，提供了一种光纤陀螺仪，包括光源、集成器件、保偏光纤环以及探测器，集成器件设有第一接口、第二接口、第三接口以及第四接口，光源与第一接口连接，保偏光纤环的两端分别与第二接口和第三接口连接，探测器与第四接口连接；其中光源用于产生光线；集成器件至少用于将光源的输入光线分成第一光线和第二光线，以及将第一光线和第二光线耦合成输出光线后输出；探测器用于接收该输出光线；通过集成器件至少实现了保偏耦合器和Y波导的功能，简化了光纤陀螺仪的结构，有效减小了整体尺寸，有利于其实现小型化；集成器件制作工艺简单，成本低廉，从而在保证光纤陀螺仪测量精度的前提下有效降低了其整体制作成本。

Description

一种光纤陀螺仪

技术领域

本发明涉及陀螺仪技术领域，更具体地说，是涉及一种光纤陀螺仪。

背景技术

陀螺仪是一种利用光学萨格纳克效应(Sagnac Effect)实现对转动角速度检测的高精度传感器，不仅在飞机导航，而且在航天器制导、卫星定位、汽车定向、智能机器人、天文望远镜等诸多方面起着极为关键的作用。作为惯导系统中的核心器件，光纤陀螺仪是进二十年来的一个研究热点。相比于机械陀螺仪和激光陀螺仪，光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高、使用寿命长等诸多优点。

然而，目前的光纤陀螺仪中需要采用Y波导器件，虽然其可以实现光分路器、起偏器和相位调制器的功能，但是由于制作工艺难度大，造成Y波导器件的价格高昂，从而使得光纤陀螺仪整体的成本高昂，很难实现民用产业化，因此降低成本是光纤陀螺仪的一个重要发展方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤陀螺仪，以解决现有光纤陀螺仪成本高昂、难以实现民用产业化的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种光纤陀螺仪，包括：光源、集成器件、保偏光纤环以及探测器；

所述集成器件至少用于将所述光源的输入光线分成第一光线和第二光线，以及将所述第一光线和所述第二光线耦合输出；

所述集成器件设有第一接口、第二接口、第三接口和第四接口，所述光源与所述第一接口连接，所述保偏光纤环的两端分别与所述第二接口和所述第三接口连接，所述探测器与所述第四接口连接；

所述输入光线经所述第一接口进入所述集成器件、并分成所述第一光线和所述第二光线，所述第一光线经所述第二接口进入所述保偏光纤环、并经所述第三接口返回所述集成器件，所述第二光线经所述第三接口进入所述保偏光纤环、并经所述第二接口返回所述集成器件，所述第一光线和所述第二光线耦合后经所述第四接口传输至所述探测器。

在一个实施例中，所述集成器件包括分光片，所述输入光线经所述分光片反射的部分为所述第一光线，所述输入光线经所述分光片透射的部分为所述第二光线。

在一个实施例中，所述分光片的两侧分别设有第一偏振片和第二偏振片，所述第一偏振片和所述第二偏振片的光轴方向相同。

在一个实施例中，所述集成器件还包括第一准直器和第二准直器；

所述第一准直器设于所述分光片和所述光源之间，所述第一准直器包括第一双纤尾纤，所述第一双纤尾纤包括第一尾纤和第二尾纤，所述第一尾纤设有所述第一接口，所述第二尾纤设有所述第二接口；

所述第二准直器设于所述分光片和所述探测器之间，所述第二准直器包括第二双纤尾纤，所述第二双纤尾纤包括第三尾纤和第四尾纤，所述第三尾纤设有所述第三接口，所述第四尾纤设有所述第四接口。

在一个实施例中，所述第一尾纤、所述第二尾纤、所述第三尾纤和所述第四尾纤的慢轴方向一致，所述第一偏振片和所述第二偏振片的光轴方向与所述慢轴方向一致；

或者，

所述第一尾纤、所述第二尾纤、所述第三尾纤和所述第四尾纤的快轴方向一致，所述第一偏振片和所述第二偏振片的光轴方向与所述快轴方向一致。

在一个实施例中，所述第一准直器还包括第一透镜，所述第一透镜设于所述第一偏振片和所述第一双纤尾纤之间；

所述第二准直器还包括第二透镜，所述第二透镜设于所述第二偏振片和所述第二双纤尾纤之间。

在一个实施例中，所述集成器件的长度为13.72mm～14.66mm。

在一个实施例中，所述第一偏振片和所述第二偏振片的厚度为0.48mm～0.52mm；

所述分光片的厚度为0.9mm～1.1mm；

第一偏振片和第一准直器之间的距离、第二偏振片和第二准直器之间的距离均为0.48mm～0.52mm；

所述第一尾纤、所述第二尾纤、所述第三尾纤和所述第四尾纤的长度为3.45mm～3.55mm。

在一个实施例中，所述光纤陀螺仪还包括封装管，所述第一偏振片、所述分光片、和所述第二偏振片设于所述封装管内的中部，所述第一准直器和所述第二准直器设于所述封装管内、且分别位于所述分光片的两侧。

在一个实施例中，所述光纤陀螺仪还包括压电陶瓷，所述保偏光纤环的一部分光纤缠绕在所述压电陶瓷上。

本发明提供的一种光纤陀螺仪的有益效果在于：通过设置集成器件，一方面可以将输入光线分成第一光线和第二光线，另一方面也可以将第一光线和第二光线耦合后输出，从而利用一个器件至少实现了保偏耦合器和Y波导的功能，大大简化了光纤陀螺仪的结构，有效减小了整体尺寸，有利于其实现小型化，进而实现民用产业化；另一方面，相对于Y波导而言，集成器件的制作工艺简单，制作成本低廉，从而在保证了光纤陀螺仪测量精度的前提下有效降低了其整体制作成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为光纤陀螺仪的一种范例；

图2为本发明实施例提供的光纤陀螺仪的结构示意图一；

图3为本发明实施例提供的光纤陀螺仪的集成器件的结构示意图一；

图4为本发明实施例提供的光纤陀螺仪的集成器件中第一光线的光路示意图；

图5为本发明实施例提供的光纤陀螺仪的集成器件中第二光线的光路示意图；

图6为本发明实施例提供的光纤陀螺仪的第一准直器的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的光纤陀螺仪的第二准直器的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的光纤陀螺仪的集成器件中尾纤的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的光纤陀螺仪的集成器件的结构示意图二；

图10为本发明实施例提供的光纤陀螺仪的结构示意图二。

其中，图中各附图标记：

10-光源；

101-输入光线； 102-第一光线；

103-第二光线； 104-输出光线；

20-集成器件； 201-第一接口；

202-第二接口； 203-第三接口；

204-第四接口； 21-封装管；

22-分光片； 23-第一准直器；

2301-纤芯； 2302-应力区；

2303-包层； 231-第一双纤尾纤；

2311-第一尾纤； 2312-第二尾纤；

2313-第一外涂覆层； 232-第一透镜；

24-第二准直器； 241-第二双纤尾纤；

2411-第三尾纤； 2412-第四尾纤；

2413-第二外涂覆层； 242-第二透镜；

25-第一偏振片； 26-第二偏振片；

30-保偏光纤环； 40-探测器；

50-压电陶瓷。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图2和图3，一种光纤陀螺仪，包括光源10、集成器件20、保偏光纤环30以及探测器40，集成器件20设有第一接口201、第二接口202、第三接口203以及第四接口204，光源10与第一接口201连接，保偏光纤环30的两端分别与第二接口202和第三接口203连接，探测器40与第四接口204连接。其中光源10用于产生光线；集成器件20至少用于将光源10的输入光线101分成第一光线102和第二光线103，以及将第一光线102和第二光线103耦合成输出光线104后输出；探测器40用于接收该输出光线40。

光源10产生的输入光线101经第一接口201进入集成器件20、并分成第一光线102和第二光线103，第一光线102经第二接口202进入保偏光纤环30、并经第三接口203返回集成器件20，第二光线103经第三接口203进入保偏光纤环30、并经第二接口202返回集成器件20，第一光线102和第二光线103耦合后经第四接口204传输至探测器40。

在一个实施例中，光源10可选为SLD光源(Superluminescent Light-emittingDiode，即超辐射发光二极管，是一种半导体发光器件)，超辐射光是由自发发射光子在增益介质中传播经历了受激放大过程而得到的，放大了的自发发射称为超辐射，这是一种强激发状态下定向的辐射现象，当激发密度足够高时，自发发射的光子受激放大而雪崩式倍增，发光强度随激发强度超线性地急剧增加，谱线宽度变窄。超辐射发光二极管具有半导体激光器(Laser Diode，简写为LD)功率大、耦合效率高、响应速度快的优点，同时具有普通发光二极管(Light-Emitting Diode，简写为LED)的低噪音、频谱宽的优异性能。与半导体激光器相比，超辐射发光二极管有更宽的发光光谱，也即更短的相干长度，可以显著地降低光纤传输的模式噪声；与普通发光二极管相比，超辐射发光二极管的输出功率更高，发散角更小，耦合效率更高以及响应速度更快。当然，在其他实施例中，光源10也可以为其他类型，并不仅限于上述的情形，此处不做限制。

本实施例提供的光纤陀螺仪的基本原理基于萨格纳克效应。光源10产生的输入光线101进入集成器件20中后分成两束光线(第一光线102和第二光线103)，其中第一光线102通过第二接口202进入保偏光纤环30，并从第三接口回到集成器件20；同时第二光线103通过第三接口203进入保偏光纤环30，并从第二接口回到集成器件30；此时第一光线102和第二光线103在保偏光纤中传输时，一个沿顺时针方向传输，另一个沿逆时针方向传输。重新回到集成器件30的第一光线102和第二光线103发生干涉后通过第四接口204进入探测器40中。当保偏光纤环30发生转动时，第一光线102和第二光线103的相位差Δφ与保偏光纤环30的旋转角速度Ω成正比，从而引起干涉条纹的变化；探测器40可以探测相位差Δφ或干涉条纹的变化，从而可以获得旋转角速度Ω。

相位差Δφ又被成为萨格纳克相移，表达式为：

其中，Δφ为光纤陀螺仪旋转造成的萨格纳克相移；

L为保偏光纤环光纤的长度；

D为保偏光纤环的直径；

λ为光源产生的光线波长；

c为光线在真空中的传播速度；

Ω为保偏光纤环转动的角速度。

现有的光纤陀螺仪的基本结构如图1所示，包括光源601、保偏耦合器602、Y波导603、保偏光纤环604以及探测器605，其中光源601和探测器605与保偏耦合器602的同一侧连接，且连接不同的接口；Y波导603的一端则与保偏耦合器602另一个侧的接口连接，Y波导603的另一侧的两个接口则分别与保偏光纤环604的两端连接。保偏耦合器602用于对光线进行耦合，Y波导603则集合了光分路器、起偏器以及相位调制器的功能。

光源601产生的光线依次通过保偏耦合器602和Y波导603后分成两路光线，两路光线分别按顺时针和逆时针方向经过保偏光纤环604后重新回到Y波导603形成相干光，该相干光又依次经过Y波导603和保偏耦合器602后传输至探测器605中。在该种方案中，一方面，Y波导603的制作工艺复杂，导致Y波导603的制造成本高昂，其几乎占据了整个光纤陀螺仪的光路系统的一半成本；另一方面，由于采用保偏耦合器602对光线进行耦合，同时采用Y波导603进行分光，上述两个器件相互分离，整体尺寸大，从而造成光纤陀螺仪整体的体积较大，无法实现小型化。

本实施例则采用了一种完全不同的设计方式。通过设置集成器件20，一方面可以将输入光线101分成第一光线102和第二光线103，另一方面也可以将第一光线102和第二光线103耦合后输出，从而利用一个器件至少实现了上述保偏耦合器602和Y波导603的功能，大大简化了光纤陀螺仪的结构，有效减小了整体尺寸，有利于其实现小型化，进而实现民用产业化；另一方面，相对于Y波导603而言，集成器件20的制作工艺简单，制作成本低廉，从而在保证了光纤陀螺仪测量精度的前提下有效降低了其整体制作成本。

请参阅图3，进一步地，集成器件20包括封装管21、分光片22、第一准直器23以及第二准直器24，分光片22设于封装管21内且位于封装管21的中部，第一准直器23和第二准直器24设于封装管21内且分别位于封装管21的两端。封装管21可为玻璃管或镀金管，可以对其内的器件起到保护和固定作用。第一准直器23和第二准直器24可以对光线起到准直作用。第一准直器23包括第一双纤尾纤231，此时封装管21可相当于第一双纤尾纤231的外保护层，可以起到保护作用；第一双纤尾纤231包括第一尾纤2311和第二尾纤2312，其中第一尾纤2311设有第一接口201，第二尾纤2312设有第二接口202。第二准直器24包括第二双纤尾纤241，此时封装管21可相当于第二双纤尾纤241的外保护层，可以起到保护作用；第二双纤尾纤241包括第三尾纤2411和第四尾纤2412，其中第三尾纤2411设有第三接口203，第四尾纤2412设有第四接口204。

光源10产生的输入光线101经第一接口201传输至第一尾纤2311中，并经第一尾纤2311传输至分光片22处。请参阅图3，分光片22可以对光线进行部分反射和部分透射，从而实现对光线的分光；在本实施例中，输入光线101经分光片22反射的部分光线为第一光线102，输入光线101经分光片22透射的部分光线则为第二光线103。请参阅图4，第一光线102反射至第二尾纤2312处，并经第二尾纤2312传输至保偏光纤环30中；第一光线102在保偏光纤环30中传输，并经第三接口203进入第三尾纤2411中，第三尾纤2411将第一光线102传输至分光片22处；分光片22对第一光线102进行部分反射和部分透射，其中发生反射的部分第一光线102传输至第四尾纤2412处。同理，请参阅图5，第二光线103透射至第三尾纤2411处，并经第三尾纤2411传输至保偏光纤环30中；第二光线103在保偏光纤环30中传输，并经第二接口202进入第二尾纤2312中，第二尾纤2312将第二光线103传输至分光片22处；分光片22对第二光线103进行部分反射和部分透射，其中发生透射的部分第二光线103传输至第四尾纤2412处。请参阅图3，到达第四尾纤2412的第一光线102和第二光线103发生干涉，形成输出光线104在第四尾纤2412中传输，并经第四接口204传输至探测器40中。

请参阅图4和图5，在一个实施例中，输入光线101的光强为I₁，分光片22的反射率为R，R优选为50％，此时，输入光线101经分光片分成第一光线102和第二光线103时，第一光线102的光强I₂₀＝RI₁，第二光线103的光强I₃₀＝(1-R)I₁；第一光线102经保偏光纤环30后再次回到集成器件20中，经分光片22分光后，反射进入第四尾纤2412的部分第一光线102的光强I₂₁＝R²I₁；第二光线103经保偏光纤环30后再次回到集成器件20中，经分光片22分光后，透射进入第四尾纤2412的部分第二光线103的光强I₃₁＝(1-R)²I₁。由于反射率R为50％，此时I₂₁＝R²I₁＝0.25I₁，I₃₁＝(1-R)²I₁＝0.25I₁，从而I₂₁＝I₃₁，确保两者进行干涉时光强相同。当然，在其他实施例中，分光片22的反射率R也可以为其他值，并不仅限于上述的情形。

请参阅图8，进一步地，第一双纤尾纤231中第一尾纤2311和第二尾纤2312以及第二双纤尾纤241中第三尾纤2411和第四尾纤2412的结构相同，均包括高折射率的纤芯2301和位于该纤芯2301对称两侧的应力区2302，该纤芯2301和应力区2302外均包覆有低折射率的包层2303，从而确保光线可以在纤芯2301内传输，同时包层2303也可以对纤芯2301起到保护作用。

请参阅图6，在一个实施例中，第一尾纤2311和第二尾纤2312外还包覆有第一外涂覆层2313，第一外涂覆层2313可以起到保护和加强作用。第一尾纤2311和第二尾纤2312的慢轴或快轴相互平行设置，从而确保光线在第一尾纤2311和第二尾纤2312中传播时传播方向一致。请参阅图7，第三尾纤2411和第四尾纤2412外还包覆有第二外涂覆层2413，第二外涂覆层2413可以起到保护和加强作用。第三尾纤2411和第四尾纤2412的慢轴或快轴相互平行设置，从而确保光线在第三尾纤2411和第四尾纤2412中传播时传播方向一致。

请参阅图6，进一步地，第一准直器23还包括第一透镜232，第一透镜232设于分光片22和第一双纤尾纤231之间。请参阅图7，第二准直器24还包括第二透镜242，第二透镜242设于分光片22和第二双纤尾纤241之间。在本实施例中，第一透镜232设于第一偏振片25和第一双纤尾纤231之间，第二透镜242设于第二偏振片26和第二双纤尾纤241之间。第一透镜232和第二透镜242均优选为球面透镜(C-lens)，透镜端面为弧形。第一透镜232和第二透镜242的工作距离等参数可以通过球面曲率设计来决定，可容易做到长工作距离。当然，在其他实施例中，第一透镜232和第二透镜242均可为平面透镜(G-lens)，又称为自聚集透镜，其透镜端面为平面，其参数可以根据折射率分布来决定。

在一个实施例中，光源10产生的输入光线101为线偏振光，因第一光纤2311快慢轴和第一偏振片25光轴一致，因而能无衰减透过第一偏振片25进入分光片22分成第一光线102和第二光线103两束线偏振光；由于光纤环为保偏光纤环，因此第一光线102和第二光线103经过保偏光纤环30传输后仍为线偏振光，两者在第四尾纤2412中也会发生干涉，从而可以确保光纤陀螺仪中探测器40能够探测相位差Δφ或干涉条纹的变化，从而可以获得旋转角速度Ω。

请参阅图9，在一个实施例中，光源10为非相干光源，即光源10产生的输入光线101为非线偏振光，此时在分光片22的两侧分别设有第一偏振片25和第二偏振片26，第一偏振片25和第二偏振片26的光轴方向相同，从而使得经过集成器件20后的光线为线偏振光，确保到达第四尾纤2412处的第一光线102和第二光线103会发生干涉，从而确保光纤陀螺仪中探测器40能够探测相位差Δφ或干涉条纹的变化，获得旋转角速度Ω。

在一个实施例中，第一尾纤2311、第二尾纤2312、第三尾纤2411和第四尾纤2412的慢轴方向一致，第一偏振片25和第二偏振片26的光轴方向与慢轴方向一致，从而确保经过集成器件20后的线偏振光在保偏光纤环30内沿慢轴传输。

在一个实施例中，第一尾纤2311、第二尾纤2312、第三尾纤2411和第四尾纤2412的快轴方向一致，第一偏振片25和第二偏振片26的光轴方向与快轴方向一致，从而确保经过集成器件20后的线偏振光在保偏光纤环30内沿快轴传输。

请参阅图10，进一步地，光纤陀螺仪中还设置有相位调制器，从而可以对输出光线104的相位进行调制。在本实施例中，光纤陀螺仪还包括压电陶瓷50，保偏光纤环30的一部分光纤缠绕在该压电陶瓷50上，从而构成相位调制器，不仅相位调制效果良好，而且结构简单紧凑，成本低廉。压电陶瓷50优选为锆钛酸铅压电陶瓷(PZT压电陶瓷)，在PZT压电陶瓷上施加电压时，PZT压电陶瓷会产生压电效应，使得其外径周长发生变化，从而带动缠绕在PZT压电陶瓷外周上的光纤长度和折射率也发生变化，从而改变光纤内传输光线的相位。

在一个实施例中，在一个实施例中，为了实现减小光纤陀螺仪的整体尺寸，保偏光纤环30可以使用包层直径为79～81μm的细径保偏光纤。为了节约成本，保偏光纤环30中光纤可以选择较短的长度。为了获得比较高的灵敏度，光源10产生的光线波长为850nm。第一偏振片25和第二偏振片26的厚度d₁为0.48～0.52mm，分光片22的厚度d₂为0.9～1.1mm，第一偏振片25和第一准直器23之间的距离、第二偏振片25和第二准直器24之间的距离d₃均为0.48～0.52mm，从而预留了调试空间；第一偏振片25、第二偏振片26以及分光片22的折射率n₁约为1.45，因此第一准直器23和第二准直器24之间的距离d₀(次数距离等效为光线传播的距离)为：

因此d₀的范围为2.24～2.51mm。

此时第一透镜232和第二透镜242均为球面透镜，球面透镜的焦距f为：

因此f的范围为1.12～1.255mm。

球面透镜的曲率半径R可为：

R＝f(n-1)＝f×(1.7447-1)

其中，n为球面透镜的材料折射率，n＝1.7447，因此R的范围为0.089～0.1mm。

球面透镜的理论长度L₂为其物方焦距f’，即：

L₂＝f'＝f×n

因此L₂的范围为2.00～2.19mm。

为了方便第一准直器23的制作调试，给第一光纤尾纤231和第一透镜232之间留d₄≈0.15mm的间隙，所以设计第一透镜232的长度L₂₀＝L₂-0.15的范围为1.85～2.04mm。

同理，第二准直器24中球面透镜的理论长度L₂也为2.00～2.19mm，为了方便第二准直器24的制作调试，给第二光纤尾纤241和第二透镜242之间留d₄≈0.15mm的间隙，所以设计第二透镜242的长度L₂₀＝L₂-0.15的范围为1.85～2.04mm。

根据矩阵光学计算，第一准直器23和第二准直器24出来的光斑直径为0.26～0.28mm。

根据目前尾纤的夹持、研磨等制作工艺，第一尾纤2311、第二尾纤2312、第三尾纤2411和第四尾纤2412的长度L₃＝3.45～3.55mm，所以第一准直器23和第二准直器24的长度L₄可为：

L₄＝L₂+L₃

因此，L₄的范围为5.45～5.74mm。

集成器件20的整体长度L’可为：

L'＝2L₄+2d₁+d₂+2d₃

因此，集成器件20的整体长度L’范围为13.72～14.66mm。

由此可见，集成器件20的长度非常小，其长度可远远短于一般小尺寸Y波导的长度，也短于小尺寸保偏耦合器的长度，从而有效达到了缩短光纤陀螺仪整体尺寸的目的。

在一个实施例中，第一偏振片25和第二偏振片26的厚度d₁均为0.5mm，分光片22的厚度d₂为1mm，第一偏振片25和第一准直器23之间的距离、第二偏振片25和第二准直器24之间的距离d₃均为0.5mm，因此第一准直器23和第二准直器24之间的距离d₀为2.4mm，第一透镜232和第二透镜242的焦距f为1.2mm，球面透镜的曲率半径R为0.89mm，球面透镜的理论长度L₂为其物方焦距f’2.09mm，第二准直器24中球面透镜的理论长度L₂也为2.09mm，第一尾纤2311、第二尾纤2312、第三尾纤2411和第四尾纤2412的长度L₃为3.5mm，第一准直器23和第二准直器24的长度L₄为5.59mm，集成器件20的整体长度L’为14mm。

在进行集成器件20的调试制作时，可以把第一准直器23和第二准直器24的慢轴方向调到和偏振片的光轴平行，从而满足保偏光纤环30中沿顺时针方向和逆时针方向传输的两束光线的偏振互易性。集成器件20的结构优选为中心对称，从而确保沿顺时针方向和逆时针方向传输的两束光线的相位一致。

现有的光纤陀螺仪中，低偏振度的SLD光源产生的光线经过其整个光路，会有9dB的固有损耗；而本实施例提供的光纤陀螺仪中只有6dB的固有损耗，从而大幅度提高了光源10的功率利用率，降低了对SLD光源的要求。

以下提供几种光纤陀螺仪的实施例，应当理解的是，并不仅限于下述的实施例。

实施例一：

请参阅图2和图3，一种光纤陀螺仪，包括光源10、集成器件20、保偏光纤环30以及探测器40，光源10产生的光线为线偏振光。

集成器件20包括封装管21、分光片22、第一准直器23以及第二准直器24，分光片22设于封装管21内且位于封装管21的中部，第一准直器23和第二准直器24设于封装管21内且分别位于封装管21的两端。封装管21为玻璃管。第一准直器23包括第一双纤尾纤231，此时封装管21可相当于第一双纤尾纤231的外保护层，可以起到保护作用；第一双纤尾纤231包括第一尾纤2311、第二尾纤2312和第一外涂覆层2313，其中第一尾纤2311设有第一接口201，第二尾纤2312设有第二接口202。第二准直器24包括第二双纤尾纤241，此时封装管21可相当于第二双纤尾纤241的外保护层，可以起到保护作用；第二双纤尾纤241包括第三尾纤2411、第四尾纤2412和第二外涂覆层2413，其中第三尾纤2411设有第三接口203，第四尾纤2412设有第四接口204。

光源10与第一接口201连接，保偏光纤环30的两端分别与第二接口202和第三接口203连接，探测器40与第四接口204连接。

请参阅图2、图3、图6和图7，实施例二：

一种光纤陀螺仪，包括光源10、集成器件20、保偏光纤环30以及探测器40，光源10产生的光线为线偏振光。

集成器件20包括封装管21、分光片22、第一准直器23以及第二准直器24，分光片22设于封装管21内且位于封装管21的中部，第一准直器23和第二准直器24设于封装管21内且分别位于封装管21的两端。封装管21为玻璃管。第一准直器23包括第一双纤尾纤231和第一透镜232，第一双纤尾纤231包括第一尾纤2311、第二尾纤2312和第一外涂覆层2313，其中第一尾纤2311设有第一接口201，第二尾纤2312设有第二接口202。第一透镜232设于第一双纤尾纤231和分光片22之间。第二准直器24包括第二双纤尾纤241和第二透镜242，第二双纤尾纤241包括第三尾纤2411、第四尾纤2412和第二外涂覆层2323，其中第三尾纤2411设有第三接口203，第四尾纤2412设有第四接口204。第二透镜242设于第二双纤尾纤241和分光片22之间。第一透镜232和第二透镜242均为球面透镜。

实施例三：

集成器件20包括封装管21、分光片22、第一准直器23以及第二准直器24，分光片22设于封装管21内且位于封装管21的中部，第一准直器23和第二准直器24设于封装管21内且分别位于封装管21的两端。封装管21为玻璃管。第一准直器23包括第一双纤尾纤231和第一透镜232，第一双纤尾纤231包括第一尾纤2311、第二尾纤2312和第一外涂覆层2313，其中第一尾纤2311设有第一接口201，第二尾纤2312设有第二接口202。第一透镜232设于第一双纤尾纤231和分光片22之间。第二准直器24包括第二双纤尾纤241和第二透镜242，第二双纤尾纤241包括第三尾纤2411、第四尾纤2412和第二外涂覆层2323，其中第三尾纤2411设有第三接口203，第四尾纤2412设有第四接口204。第二透镜242设于第二双纤尾纤241和分光片22之间。第一透镜232和第二透镜242均为平面透镜。

请参阅图2、图6至图9，实施例四：

一种光纤陀螺仪，包括光源10、集成器件20、保偏光纤环30以及探测器40。

集成器件20包括封装管21、分光片22、第一准直器23、第二准直器24、第一偏振片25以及第二偏振片26，分光片22设于封装管21内且位于封装管21的中部，第一偏振片25和第二偏振片26位于分光片22的两侧，第一准直器23和第二准直器24设于封装管21内且分别位于封装管21的两端。封装管21为玻璃管。第一准直器23包括第一双纤尾纤231和第一透镜232，第一双纤尾纤231包括第一尾纤2311、第二尾纤2312和第一外涂覆层2313，其中第一尾纤2311设有第一接口201，第二尾纤2312设有第二接口202。第一透镜232设于第一双纤尾纤231和第一偏振片25之间。第二准直器24包括第二双纤尾纤241和第二透镜242，第二双纤尾纤241包括第三尾纤2411、第四尾纤2412和第二外涂覆层2413，其中第三尾纤2411设有第三接口203，第四尾纤2412设有第四接口204。第二透镜242设于第二双纤尾纤241和第二偏振片26之间。第一透镜232和第二透镜242均为球面透镜。

请参阅图6至图10，实施例五：

一种光纤陀螺仪，包括光源10、集成器件20、保偏光纤环30、探测器40以及压电陶瓷50。

保偏光纤环30的部分光纤缠绕在压电陶瓷50上，压电陶瓷50为PZT压电陶瓷。

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

1.一种光纤陀螺仪，其特征在于：包括光源、集成器件、保偏光纤环以及探测器；

所述输入光线经所述第一接口进入所述集成器件、并分成所述第一光线和所述第二光线，所述第一光线经所述第二接口进入所述保偏光纤环、并经所述第三接口返回所述集成器件，所述第二光线经所述第三接口进入所述保偏光纤环、并经所述第二接口返回所述集成器件，所述第一光线和所述第二光线耦合后经所述第四接口传输至所述探测器；

所述集成器件包括分光片，所述输入光线经所述分光片反射的部分为所述第一光线，所述输入光线经所述分光片透射的部分为所述第二光线。

2.如权利要求1所述的光纤陀螺仪，其特征在于：所述分光片的两侧分别设有第一偏振片和第二偏振片，所述第一偏振片和所述第二偏振片的光轴方向相同。

3.如权利要求2所述的光纤陀螺仪，其特征在于：所述集成器件还包括第一准直器和第二准直器；

4.如权利要求3所述的光纤陀螺仪，其特征在于：所述第一尾纤、所述第二尾纤、所述第三尾纤和所述第四尾纤的慢轴方向一致，所述第一偏振片和所述第二偏振片的光轴方向与所述慢轴方向一致；

或者，

5.如权利要求3所述的光纤陀螺仪，其特征在于：所述第一准直器还包括第一透镜，所述第一透镜设于所述第一偏振片和所述第一双纤尾纤之间；

6.如权利要求5所述的光纤陀螺仪，其特征在于：所述集成器件的长度为13.72mm～14.66mm。

7.如权利要求6所述的光纤陀螺仪，其特征在于：

所述第一偏振片和所述第二偏振片的厚度为0.48mm～0.52mm；

所述分光片的厚度为0.9mm～1.1mm；

8.如权利要求3所述的光纤陀螺仪，其特征在于：所述光纤陀螺仪还包括封装管，所述第一偏振片、所述分光片和所述第二偏振片设于所述封装管内的中部，所述第一准直器和所述第二准直器设于所述封装管内、且分别位于所述分光片的两侧。

9.如权利要求1～8任一项所述的光纤陀螺仪，其特征在于：所述光纤陀螺仪还包括压电陶瓷，所述保偏光纤环的一部分光纤缠绕在所述压电陶瓷上。