CN109798887B - 集成光波导陀螺光电一体化结构装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学陀螺仪，具体为集成光波导陀螺光电一体化结构装置，解决现有集成光波导陀螺光电部件分立不能组装的问题。该装置由外而内由波导腔外壳罩、波导腔凸台、基座、Y波导输入尾纤凸台、Y波导输出尾纤凸台、环形器凸台、光路板凸台、光路板、激光器托架等部件嵌套组成。该装置由下而上又分为激光器部分、光路部分、电路部分三个区域，其中，光路部分采用凸台式的结构设计，有利于模块结构的嵌套连接，方便光模块的尾纤固定。本发明装置可集成激光器、波导腔、调制器、环形器、检测电路板于一体，具有结构紧凑、体积小巧、安装方便、灵活可靠的特点，同时根据各个模块的工作特点进行了合理化布局，可实现集成光波导陀螺的工程化应用。

Description

集成光波导陀螺光电一体化结构装置

技术领域

本发明涉及光学陀螺仪，具体为谐振式集成光波导陀螺光电一体化结构装置。

背景技术

陀螺仪是惯性系统的核心部件，用于敏感运动载体相对惯性空间的角运动，测量载体的角速度。在海陆空天各类运动载体惯性导航、制导控制、定位定向、姿态稳定以及过载传感等应用领域发挥着不可替代的作用。

高精度、低成本、小型化、可集成化是谐振式光学陀螺的发展趋势，通过集成光学技术和微纳制造方法取代光纤环路，显著减小系统体积，同时继承了光纤陀螺具有的结构全固态、启动速度快、使用寿命长等优点，同时具备了高灵敏、微型化、抗高过载、可批量制造等优势，是下一代新型惯性器件的研究热点之一。

谐振式集成光波导陀螺的概念自上世纪70年代提出以来，一直受到国内外研究人员的广泛关注。研究人员一直以来在分立部件基础上搭建庞大的实验系统，先后进行了原理实验验证、光路噪声分析与抑制、电路噪声分析与抑制，分析讨论了最优调制解调方案，并随着微纳加工工艺和小型化窄线宽激光技术的发展，改良了波导腔的加工工艺，采用的高相干光源等一系列优化措施，将谐振式集成光波导陀螺的实验室精度提升到了可应用的水平，但目前，一直未能工程化应用，最主要的因素是没有一个结构装置，实现分立部件的高集成度、高可靠性、低成本地集成化约束，这限制了谐振式集成光波导陀螺由实验室向工程化应用方向的发展。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有集成光波导陀螺实验系统缺乏集成化结构装置而不能转化为工程应用的问题，提供一种高集成度、高可靠性、低成本的集成光波导陀螺光电一体化结构装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：集成光波导陀螺光电一体化结构装置，其特征在于包括基座、Y波导输入尾纤凸台、Y波导输出尾纤凸台、环形器凸台、光路板凸台、光路板、内底板、激光器托架、外底板、波导腔凸台、波导腔外壳罩、外壳盖、连接器；

基座外部由下而上设有三层凸台，最下一层凸台和波导腔外壳罩固定连接，中间一层凸台和波导腔凸台固定连接，基座内部设有通孔且由下而上设有三层凹台，最下一层凹台和外底板固定连接，中间一层凹台固定激光器托架，最上一层凹台与Y波导输入尾纤凸台固定连接，Y波导输入尾纤凸台外部由下而上设有两层凸台，下面一层凸台与基座内部最上面一层凹台固定连接，Y波导输入尾纤凸台内部设有通孔且设有一层凹台，与Y波导输出尾纤凸台固定连接，Y波导输出尾纤凸台外部由下而上设有两层凸台，下面一层凸台与Y波导输入尾纤凸台内部凹台固定连接，Y波导输出尾纤凸台内部设有通孔且设有一层凹台，与环形器凸台固定连接，环形器凸台外部由下而上设有为两层凸台，下面一层凸台与Y波导输出尾纤凸台内部凹台固定连接，环形器凸台内部设有通孔且设有一层凹台，与光路板凸台固定连接，光路板凸台外部由下而上设有两层凸台，下面一层凸台与环形器凸台内部凹台固定连接；光路板凸台内部设有通孔且由下而上设有两层凹台，下面一层凹台与内底板固定连接，上面一层凹台与光路板固定连接，光路板上开槽固定Y波导调制器，光路板上在Y波导调制器两侧又开有凹槽，固定耦合器；

波导腔凸台将以上嵌套连接的凸台结构罩盖，与基座外部中间层凸台固定连接，波导腔凸台顶部固定波导腔，波导腔外壳罩罩盖在波导腔凸台上方，与基座外部最下面凸台固定连接；波导腔外壳罩内部有隔板，将内部空间隔开为上下两个区域，上部区域由上而下设有两个凹台，下面的凹台固定检测电路板，上面的凹台与外壳盖固定连接，波导腔外壳罩开有连接器口，用于固定连接器。

该结构装置由下而上分为激光器部分、光路部分、电路部分三个区域，激光器部分设计在最底部，有利于激光器散热、安装和更换，电路部分在最上部，有利于电路调试、发热部件散热和器件维护，光路部分放在中间，有利于光路部分稳定，不受外界环境影响，其中，光路部分采用的凸台式的结构设计，有利于模块结构的嵌套连接，方便光模块的尾纤固定。本发明装置可集成激光器、波导腔、调制器、环形器、检测电路板于一体，具有结构紧凑、体积小巧、安装方便、灵活可靠的特点，同时，根据各个模块的工作特点进行了合理化布局，可实现集成光波导陀螺的工程化应用。

上述的集成光波导陀螺光电一体化结构装置，基座最下一层凸台为方形结构，四个角进行倒角处理，开有凹槽，凹槽里开有贯穿通孔，用于和外部设备固定连接，基座外面中间层凸台两侧对称开口，波导腔外壳罩内部最下一层凹台均匀间隔开设四个贯穿槽口，用于检测电路板与激光器进行通讯连接，波导腔外壳罩内部隔板上均开四个贯穿槽口，中间开有圆形贯穿槽口，用于波导腔尾纤与光路中的尾纤互联，各嵌套凸台结构之间留有间隙。

上述的集成光波导陀螺光电一体化结构装置，基座外部最上一层凸台内壁均匀间隔设有凹糟，用于固定光电部件的法兰盘，Y波导输入尾纤凸台外部上面一层凸台上方的外壁上均匀间隔有凹糟，与基座外部最上一层凸台内壁凹糟一一相对。Y波导输入尾纤凸台和基座外部凸台之间设计有一一相对的槽口，有利于光部件的法兰固定。

本发明具有的显著进步如下：

1、采用嵌套式凸台结构设计，解决光路中尾纤缠绕固定的问题，结构紧凑，又互相隔离，相互干扰影响小。

2、根据不同器件的工作特点，科学合理地区域化布局，将激光器部分、光路部分、电路部分三个区域，具有易维护特点，既互不影响，安装调试方便，又提高集成度。

3、本发明装置可集成激光器、波导腔、调制器、环形器、检测电路板于一体，实现集成光波导陀螺由实验室测试到工程化设备上的应用。

4、本发明装置具有可扩展性，通过凸台结构的嵌套叠加，增加不同的功能模块，如温度调谐模块等，满足不同的工程化需求。

附图说明

图1是本发明的整体结构图。

图2是集成光波导陀螺光电一体化结构装置内部剖视立体图。

图中：1-基座，2-Y波导输入尾纤凸台，3-Y波导输出尾纤凸台，4-环形器凸台，5-光路板凸台，6-光路板，7-Y波导调制器，8-内底板，9-激光器托架，10-激光器，11-外底板，12-波导腔凸台，13-波导腔外壳罩，14-波导腔，15-外壳盖，16 -连接器，17-检测电路板。

具体实施方式

下面结合附图来详细说明本发明，但本发明不仅限于此。

如图1为本发明的整体结构图，整体底部为方形，上部为圆柱形，包括基座1、波导腔外壳罩13、外壳盖15、连接器16。图2为本发明的内部剖视立体图，从上到下依次为检测电路板17、波导腔14、波导腔凸台12、Y波导调制器7、光路板6、Y波导输入尾纤凸台2、Y波导输出尾纤凸台3、环形器凸台4、光路板凸台5、内底板8、激光器托架9、激光器10、外底板11。

基座1外部由下而上设有三层凸台，最下一层凸台为方形凸台，上面凸台为圆柱形凸台，最下一层凸台和波导腔外壳罩13固定连接，中间一层凸台和波导腔凸台12固定连接，最上一层凸台内壁均匀间隔设有凹糟，用于固定光电部件的法兰盘，基座1内部设有通孔为中通结构且由下而上设有三层凹台，最下一层凹台和外底板11固定连接，中间一层凹台固定激光器托架9，激光器托架9内固定激光器10，最上一层凹台与Y波导输入尾纤凸台2固定连接，Y波导输入尾纤凸台2外部由下而上设有两层凸台，下面一层凸台与基座1内部最上面一层凹台固定连接，上面一层凸台上方的外壁上均匀间隔设有凹糟，与基座1外面最上一层凸台内壁的凹糟一一相对；Y波导输入尾纤凸台2内部设有通孔为中通结构且设有一层凹台，与Y波导输出尾纤凸台3固定连接。Y波导输出尾纤凸台3外部由下而上设有两层凸台，下面一层凸台与Y波导输入尾纤凸台2内部凹台固定连接；Y波导输出尾纤凸台3内部设有通孔为中通结构且设有一层凹台，与环形器凸台4固定连接。环形器凸台4外部由下而上为两层凸台，下面一层凸台与Y波导输出尾纤凸台3内部凹台固定连接；环形器凸台4内部设有通孔为中通结构且设有一层凹台，与光路板凸台5固定连接。光路板凸台5外部由下而上设有两层凸台，下面一层凸台与环形器凸台4内部凹台固定连接；光路板凸台5内部设有通孔为中通结构且由下而上设有两层凹台，下面一层凹台与内底板8固定连接，上面一层凹台与光路板6固定连接。光路板6中间开槽，固定Y波导调制器7，在Y波导调制器7两侧又还开有两个凹槽，固定耦合器。

波导腔凸台12将以上嵌套连接的凸台结构罩盖，与最外面的基座1外部中间层凸台固定连接，波导腔凸台12顶部固定波导腔14，波导腔外壳罩13下面为方形，罩盖在波导腔凸台12上方，与基座1外部最下面方形凸台固定连接；波导腔外壳罩13内部有隔板，将内部空间隔开为上下两个区域，上部区域由上而下设有两个凹台，下面的凹台固定检测电路板17，上面的凹台与外壳盖15固定连接；波导腔外壳罩13在平行于底边的一侧开有连接器口，用于固定连接器16。

基座1方形凸台四个角进行倒角处理，开有凹槽，凹槽里开有贯穿通孔，用于和外部设备固定连接。基座1外面中间层凸台两侧对称开口，波导腔外壳罩13内部最下一层凹台均匀间隔开设四个贯穿槽口，用于检测电路板17与激光器10进行通讯连接，波导腔外壳罩13内部隔板上均开四个贯穿槽口，中间开有圆形贯穿槽口，用于波导腔尾纤与光路中的尾纤互联。各嵌套凸台结构之间留有间隙。

一般地，集成光波导陀螺在光路结构中包含有激光器、光隔离器（由尾纤和耦合器组成）、Y波导调制器、环形器（由尾纤和耦合器组成）等，在本发明结构中，激光器位于最底部，其输出尾纤穿过基座1外面中间层凸台两侧对称开口与光隔离器输入尾纤连接，光隔离器的耦合器固定在光路板6上两侧用于耦合器固定的凹槽位置，光隔离器输出尾纤与Y波导调制器输入尾纤连接，两者连接多余的尾纤缠绕固定在Y波导输入尾纤凸台2圆周，Y波导调制器输出尾纤与环形器输入尾纤连接，两者连接多余的尾纤缠绕固定在Y波导输出尾纤凸台3圆周，环形器输出尾纤与波导腔14尾纤连接，连接多余的尾纤缠绕固定在环形器凸台4圆周，环形器的耦合器固定在光路板6上两侧用于耦合器固定的凹槽位置，波导腔14多余的尾纤缠绕固定在光路板凸台5圆周。通过以上措施，实现光路互联。

该结构装置创造性地将集成光波导陀螺的光电部件集成化，整体装置由下而上分为激光器部分、光路部分、电路部分三个区域，激光器部分设计在最底部，有利于激光器散热、安装和更换，电路部分在最上部，有利于电路调试、发热部件散热和器件维护，光路部分放在中间，有利于光路部分稳定，不受外界环境影响，其中，光路部分采用的凸台式的结构设计，有利于模块结构的嵌套连接，方便光模块的尾纤固定。Y波导尾纤输入凸台和基座外部凸台之间设计有一一相对的槽口，有利于光部件的法兰固定。本发明装置可集成激光器、波导腔、调制器、环形器、检测电路板于一体，具有结构紧凑、体积小巧、安装方便、灵活可靠的特点，同时，根据各个模块的工作特点进行了合理化布局，可实现集成光波导陀螺的工程化应用。凸台式的结构设计，有助于功能模块的扩展，对不同要求的工程可以灵活嵌套结构模块，以满足不同工程化需求。

Claims (3)

1.集成光波导陀螺光电一体化结构装置，其特征在于包括基座（1）、Y波导输入尾纤凸台（2）、Y波导输出尾纤凸台（3）、环形器凸台（4）、光路板凸台（5）、光路板（6）、内底板（8）、激光器托架（9）、外底板（11）、波导腔凸台（12）、波导腔外壳罩（13）、外壳盖（15）、连接器（16）；

基座（1）外部由下而上设有三层凸台，最下一层凸台和波导腔外壳罩（13）固定连接，中间一层凸台和波导腔凸台（12）固定连接，基座（1）内部设有通孔且由下而上设有三层凹台，最下一层凹台和外底板（11）固定连接，中间一层凹台固定激光器托架（9），最上一层凹台与Y波导输入尾纤凸台（2）固定连接，Y波导输入尾纤凸台（2）外部由下而上设有两层凸台，下面一层凸台与基座（1）内部最上面一层凹台固定连接，Y波导输入尾纤凸台（2）内部设有通孔且设有一层凹台，与Y波导输出尾纤凸台（3）固定连接，Y波导输出尾纤凸台（3）外部由下而上设有两层凸台，下面一层凸台与Y波导输入尾纤凸台（2）内部凹台固定连接，Y波导输出尾纤凸台（3）内部设有通孔且设有一层凹台，与环形器凸台（4）固定连接，环形器凸台（4）外部由下而上设有为两层凸台，下面一层凸台与Y波导输出尾纤凸台（3）内部凹台固定连接，环形器凸台（4）内部设有通孔且设有一层凹台，与光路板凸台（5）固定连接，光路板凸台（5）外部由下而上设有两层凸台，下面一层凸台与环形器凸台（4）内部凹台固定连接；光路板凸台（5）内部设有通孔且由下而上设有两层凹台，下面一层凹台与内底板（8）固定连接，上面一层凹台与光路板（6）固定连接，光路板（6）上开槽固定Y波导调制器（7），光路板（6）上在Y波导调制器（7）两侧又开有凹槽，固定耦合器；

波导腔凸台（12）将以上嵌套连接的凸台结构罩盖，与基座（1）外部中间层凸台固定连接，波导腔凸台（12）顶部固定波导腔（14），波导腔外壳罩（13）罩盖在波导腔凸台（12）上方，与基座（1）外部最下面凸台固定连接；波导腔外壳罩（13）内部有隔板，将内部空间隔开为上下两个区域，上部区域由上而下设有两个凹台，下面的凹台固定检测电路板（17），上面的凹台与外壳盖（15）固定连接，波导腔外壳罩（13）开有连接器口，用于固定连接器（16）。

2.根据权利要求1所述的集成光波导陀螺光电一体化结构装置，其特征在于：基座（1）最下一层凸台为方形结构，四个角进行倒角处理，开有凹槽，凹槽里开有贯穿通孔，用于和外部设备固定连接，基座（1）外面中间层凸台两侧对称开口，波导腔外壳罩（13）内部最下一层凹台均匀间隔开设四个贯穿槽口，用于检测电路板（17）与激光器（10）进行通讯连接，波导腔外壳罩（13）内部隔板上均开四个贯穿槽口，中间开有圆形贯穿槽口，用于波导腔尾纤与光路中的尾纤互联，各嵌套凸台结构之间留有间隙。

3.根据权利要求1或2所述的集成光波导陀螺光电一体化结构装置，其特征在于基座（1）外部最上一层凸台内壁均匀间隔设有凹糟，用于固定光电部件的法兰盘，Y波导输入尾纤凸台（2）外部上面一层凸台上方的外壁上均匀间隔设有凹糟，与基座（1）外部最上一层凸台内壁凹糟一一相对。

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