CN110044347B - 一种新型低噪声光纤陀螺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型低噪声光纤陀螺。第一光纤耦合器同侧的两个端口分别连接光源和第二光纤耦合器，第一光纤耦合器另一侧的两个端口分别连接波导调制器和噪声压缩器，波导调制器另一侧的两个端口通过光纤环连接；噪声压缩器连接第二光纤耦合器，第二光纤耦合器分别通过一个端口连接第一光电探测器和第二光电探测器。第二光纤耦合器接收干涉信号和压缩光信号并分别输出到第一光电探测器和第二光电探测器转换为电信号，将两个电信号作差得到的差值输入光纤陀螺的电路处理系统。本发明提高了光纤陀螺的光电检测信噪比，改善了随机游走系数，能够为高性能惯性导航系统提供高灵敏度的角速度测量传感器。

Description

一种新型低噪声光纤陀螺

技术领域

本发明涉及一种新型低噪声光纤陀螺，尤其是涉及一种利用量子技术领域中的光学噪声压缩器和平衡探测器抑制光纤陀螺的光学噪声，特别是光子散粒噪声，从而降低测量噪声并提高随机游走性能的新型光纤陀螺。

背景技术

光纤陀螺是一种新型光学角速度测量仪，其工作原理是基于光学赛格奈克(Sagnac)效应的光纤干涉仪，即当环形干涉仪旋转时，产生一个正比于旋转速率的相位差，通过检测该相位差，即可得到环形干涉仪所在系统的角速度，并将角速度提供给应用系统，作为导航和控制的输入。由于光纤陀螺具有全固态、带宽大及具有多种协议数字输出的优点，被广泛的用于导航和姿态控制系统中。光纤陀螺作为武器系统的重要传感器，决定了武器系统的导航控制精度。

一般而言不同的武器系统对于陀螺精度的要求不同，从陀螺的角度而言，随机游走系数在0.01°/h^1/2左右的属于中低精度级别，其体积功耗小，成本合适，主要应用于各种战术级武器中，如航空炸弹、制导炮弹、战术导弹、直升机、小型舰船等；随机游走系数在0.001°/h^1/2左右的属于高精度级别，其体积功耗通常较大，成本也比较昂贵，但性能稳定，精度高，可应用于各种惯性级武器中，如战略导弹、大型运输机、星际飞行器、潜艇和雷达控制等系统中。

漂移和角度随机游走是用于评价光纤陀螺的两个主要性能指标，前者对应于光纤陀螺长时间的均值变化，后者对应于光纤陀螺中白噪声的功率谱密度，决定于光纤陀螺的信噪比，也即是说随机游走是描述光纤陀螺输出信号噪声情况的一个等效的参数。在类似导航等需要对角速度长时间积分得到角度方位的应用中，漂移是一个重要的指标参数；而在要求能快速响应的系统稳定、控制应用中，随机游走指标是更重要的参数。典型的如光纤陀螺寻北仪、姿态控制应用，要求光纤陀螺的输出噪声小，能够快速的响应角速度的变化，从而使具有小的角度随机游走成为更基本的指标要求；在很多的战略应用场合中，惯性系统基本均会采用旋转调制技术克服长期漂移的影响，从而在这种情况下光纤陀螺的随机游走，也即输出噪声实际上成为限制系统性能的唯一指标。

为了提高随机游走性能，必须提高系统中对光相位测量的信噪比；在目前实际的技术现状下，半导体自发辐射发光二极管(SLD)典型的功率为毫瓦，相应的光纤光源(FLS)的功率为十毫瓦级别。光纤陀螺光学系统的本征损耗在20dB 左右，在现有光源功率下，其可探测的光信号在10微瓦左右，结合其他的强度噪声抑制方法，使得光子散粒噪声(简称散粒噪声或光散粒噪声)为系统中限制信噪比的主要噪声源，也即是说，理论上现有的光纤陀螺的输出噪声的极限为光子散粒噪声，光子散粒噪声限制了光纤陀螺的角速度测量噪声。

在某些特定应用场合中，如战略核潜艇和星际飞行器的应用场合中，导航系统需要长期的高精度导航，此时需要具有超低噪声的高精度陀螺仪，这种应用场合对于角速度测量噪声的需求，往往超过了现有的光子散粒噪声的限制极限，在无法突破之前，实际情况是通过不同战术指标之间的妥协来实现，例如缩短任务期限以获得小的导航误差剖面，或者允许大的导航误差剖面的情况下实现长的任务期限，但无论如何，这都是以牺牲系统性能为代价。

发明内容

针对目前光纤陀螺技术中，现有方案存在的性能改进有限和引入其他可靠性问题等的现状，本发明提出了一种利用光学噪声压缩器提高光纤陀螺随机游走性能的方法及装置，利用量子技术中的光压缩场，实现光场散粒噪声的压缩，从而提高光电探测过程中的信噪比，实现低噪声角速度测量的一种新的光纤陀螺，有助于提高陀螺的角速度随机游走系数改进，提高陀螺精度和导航性能。

本发明的发明原理如下：

光学噪声压缩器，有时也简称为光学压缩器或者直接称为压缩器，其结合了量子理论和非线性光学技术手段，产生光学压缩态光场(又称为压缩光场或压缩光)，通过合理的非线性光路设计实现对光子散粒噪声的压缩，是量子技术领域中的典型技术，其能够实现小于光子散粒噪声水平的噪声幅度，从而获得更低噪声光源，将其应用于现有的光学陀螺，即可实现新型的、利用量子技术和非线性技术的新光纤陀螺。本发明即是利用其对光子散粒噪声噪声压缩的特性，设计一种具有低噪声的新型光纤陀螺，其噪声极限突破光子散粒噪声极限，从而可以制作成为超高精度的低噪声光纤陀螺。

典型光学噪声压缩器主要包括两种，一种是四波混频压缩器，另外一种为光学参量振荡的压缩器，具体的理论分析可以参考石顺祥编著的<<非线性光学>>及agrawal编著的《非线性光纤光学原理及应用》等书。压缩器的基本原理可以从两个角度定性和唯象地解释：从量子光学的角度，通过压缩器使得光子之间相互联系，从而在测不准原理的限制下，降低了光子间的能量不确定，当然以时间变化的不确定度的变差为前提，而能量的不确定的降低意味着测量光子波动性的降低，对应的则是噪声的幅度降低；从波动光学的角度，压缩器使得产生两束相互共轭的光，它们相位波动情况相反，通过两者的合理组合，在合适的探测情况下，即可相互抵消探测过程中的不不确定性，从而降低光测量过程中的噪声。

根据光纤陀螺的噪声模型，在测量带宽内，光子散粒噪声所决定的光纤陀螺输出噪声大小可以用式子表示如下：

其中σ_shot、σ_fog分别对应于光子散粒噪声的均方差和光纤陀螺角速度测量的均方差，而λ、c则分别为采用的光源的波长和光速常数，同时L、D分别对应于光纤陀螺所采用的光纤长度和光纤环绕制直径。

假设通过光压缩态光场的引入，将光子散粒噪声降低了Nd倍，则可计算采用了光噪声压缩以后的光纤陀螺的角速度测量噪声输出的均方差σ_{fog_new}为：

光纤陀螺随机游走系数RWC和光纤陀螺的角速度测量噪声输出的均方差σ_{fog_new}成正比，比例系数记为k_RWC：

RWC＝k_RWC×σ_{fog_new}

从而可知将光子散粒噪声压缩后，此时的随机游走系数也相应的降低了Nd 倍，该指标的性能提高了Nd倍：

对于光纤长度1千米，直径10厘米的常规光纤陀螺，在1550nm的波长下，其典型的随机游走系数为0.001°/h^1/2,在100Hz的采样频率下，光纤陀螺的角速度测量噪声输出的均方差在0.6°/h左右。如果利用压缩光实现3dB的光子散粒噪声噪声压缩效果，也即Nd＝2，此时可以将光纤陀螺的角速度测量噪声输出的均方差降低到0.3°/h，对应的随机游走系数降低0.0005°/h^1/2。

根据量子光学的知识，通过光学非线性的方式产生基频光的二倍频光作为光学参量振荡过程的泵浦，则在工作良好的情况下，能够在光学参量振荡过程输出中重新得到新的基频光，此时得到的基频光具有噪声压缩的特性，属于压缩态光场，其噪声小于光子散粒噪声，利用它作为平衡探测输入的一个端口，可以提高干涉检测的精度，获得超过标准量子极限的探测精度。当然利用其他非线性效应，如四波混频过程也可获得压缩光效果。

压缩态光场输出对光子散粒噪声的压缩效果称为噪声压缩比，简称压缩比，其大小和非线性过程的光路调节有很大关系，特别是其中的二倍频环节和光学参量环节这两个非线性过程，在实际应用过程中，二倍频晶体和光学参量的非线性转化晶体可以采用KTP，也可采用PPKTP。其中KTP价格便宜，购买方便，但具有非线性效率低的确定，而PPKTP具有更高的转换效率，从而压缩效果更好，但成本较高；另外对非线性晶体进行良好的控温，使得非线性过程满足相位匹配的条件，则二倍频过程和光学参量过程OPO的转换效率最佳，从而可提高压缩效果。目前最佳的光子散粒噪声压缩比最大可达到近20dB，在1550nm 波段最大压缩比可大于10dB。

采用压缩态的新型低噪声的光纤陀螺，从光学上降低噪声，提高了系统的灵敏度，其后续的电路兼容采用现有的电路系统，算法也兼容现有的调制解调算法，将平衡探测器的两个信号的差值作为现有的电路系统的数模转换电路的输入，所有其他的电路功能和软件功能不需改变，则可以获得噪声压缩，随机游走系数性能改进的效果。

本发明所采用的技术方案如下：

光源与第一光纤耦合器一侧的其中一个端口连接，第一光纤耦合器另一侧的其中一个端口连接到波导调制器一侧的其中一个端口，波导调制器另一侧的两个端口之间通过光纤环连接，其特征在于：还包括噪声压缩器和平衡探测电路，第一光纤耦合器一侧的另外一个端口连接到平衡探测电路，第一光纤耦合器另一侧的另外一个端口与噪声压缩器输入端口相连，噪声压缩器输出端口连接到平衡探测电路。

平衡探测电路包括第二光纤耦合器、第一光电探测器和第二光电探测器，第二光纤耦合器同侧的两个端口分别与第一光纤耦合器一侧的另外一个端口和噪声压缩器另一侧的输出端口连接，第二光纤耦合器另一侧的两个端口分别连接第一光电探测器和第二光电探测器。

光源发出波长为λ₀的光通过光纤耦合器功率均分后分别输入到波导调制器和噪声压缩器，输入到波导调制器的光分别从波导调制器另一侧的两个端口形成两束传播方向相反的光进入光纤环，两束光分别反向沿光纤环传播一周之后回到波导调制器后形成带光纤陀螺转动信息的干涉信号。干涉信号再从波导调制器输出后再经光纤耦合器输入到平衡探测电路，输入到噪声压缩器的光由噪声压缩器转化为压缩光信号输入到平衡探测电路。

平衡探测电路的第二光纤耦合器接收干涉信号和压缩光信号耦合后分别输出到第一光电探测器和第二光电探测器，第一光电探测器和第二光电探测器接收到的两个电信号作差得到的差值输入光纤陀螺的电路处理系统。

噪声压缩器包括依次顺序连接的输入光纤准直器、光学二倍频晶体、第一隔离器、参量振荡器、第二隔离器和输出光纤准直器，输入光纤准直器输入端的端口与第一光纤耦合器另一侧的另外一个端口相连，输出光纤准直器输出端的端口与第二光纤耦合器一侧的其中一个端口连接；

输入光纤准直器将来自第一光纤耦合器的光准直后输出到光学二倍频晶体进行光学非线性转化得到波长为λ₀/2的倍频光，然后通过第一隔离器隔离波长为λ₀波段的基频光，同时将透过波长为λ₀/2的倍频光和隔离后残余的基频光进入参量振荡器并由参量振荡器中的非线性晶体中完成光学参量振荡的非线性转换重新输出波长为λ₀的压缩态光，输出的压缩态光的波动小于光子散粒噪声极限，压缩态光进入第二隔离器，第二隔离器隔离波长为λ₀/2波段的光，同时将透过的波长为λ₀的压缩光输出到输出光纤准直器，输出光纤准直器准直后将压缩光信号耦合到第二光纤耦合器。

所述的光源发出的光通过光纤耦合器将功率10％输入到波导调制器(光纤陀螺干涉仪)中，将功率90％输入到噪声压缩器中。

优选的，光源采用波长为λ₀的单频连续的激光光源，激光光源线宽小于 10KHz，即激光纵模的频率范围，输出功率不小于100毫瓦。通过降低其线宽和提高其输出光功率改进改进光纤陀螺的噪声压缩性能；具体实施中，激光光源可采用满足上述指标的单一商用激光光源；也可采用激光二极管激光光源串联光放大器进行光功率放大得到的复合激光光源。

优选的，第一光电探测器和第二光电探测器采用PIN管。

优选的，第一隔离器和第二隔离器可替换为滤光片。

本发明具有的有益效果是：

本发明以量子光学为理论基础，通过非线性光学中的光学二倍频和光学参量的光学技术，实现光学压缩态光场，并将其应用在干涉式光纤陀螺中，降低了光子散粒噪声对于测量信噪比的影响，提高了光纤陀螺的光电检测信噪比，改善了随机游走系数，能够为高性能惯性导航系统提供高灵敏度的角速度测量传感器，提高惯性导航的精度，该发明简单可靠，兼容现有的光学陀螺电路系统和软件系统，能够满足军用惯性技术的性能要求，具有很高的实用价值，可以用于改进各种武器装备的惯导系统性能。

附图说明

图1为现有干涉式光纤陀螺的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为噪声压缩器的结构示意图；

图4为采用噪声压缩光场前后的数据对比示意图。

图中，1、光源，2、第一光纤耦合器，3、波导调制器，4、光纤环，5、噪声压缩器，6、第二光纤耦合器，7、第一光电探测器，8、第二光电探测器，51、输入光纤准直器，52、光学二倍频晶体，53、第一隔离器，54、参量振荡器， 55、第二隔离器，56、输出光纤准直器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，现有的干涉式光纤陀螺的最小互易结构，也是目前干涉式光纤陀螺中最常用的一种构成图，包括光源1，光纤耦合器2、调制器3(一般采用波导调制器，或者称为相位调制器)、光纤环4和第一光电探测器7。光源1、第一光纤耦合器2和波导调制器3依次顺序连接，第一光纤耦合器2一侧具有两个输入端口，第一光纤耦合器2另一侧具有两个输出端口，其中光源1发出光信号，通过光纤耦合器2和调制器3之后从调制器3的两端光纤形成两束相反传播方向的光进入光纤环4，两束光分布沿光纤环4传播一周之后回到波导调制器3后干涉形成干涉信号，干涉信号则沿反方向通过波导调制器3和光纤耦合器2之后到达光电探测器7(典型的采用PIN管)，由光电探测器7完成相应的信号转换工作转换为电信号，提供给电路系统进行调制解调工作。

但是如图1所示，采用单PIN的探测模式，这种结构的光学噪声的极限为光子散粒噪声，在传统光学的领域中无法消除或者降低，限制了其极限精度。第一光纤耦合器2另一侧的两个输出端口中的其中一个空余的尾纤没用，这个尾纤可以作为光纤死头，弃之不用，本发明在空余的尾纤上增加探测器将其该空余尾纤输出光转换为电信号，提供给电路系统进行复杂的附加功能用，例如可以用来探测光源的强度噪声等。

如图2所示，本发明提供了一种利用光压缩态光场，降低噪声的新型光学陀螺方案。本发明在第一光纤耦合器2右侧的两个输出端口中的其中一个空余的尾纤增加噪声压缩器5，并将原来的单光电探测器的探测形式改为由双探测器组合而成的平衡探测模式。

如图2所示，第一光纤耦合器2的两侧分别具有两个端口，光源1与第一光纤耦合器2一侧的其中一个端口连接，第一光纤耦合器2另一侧的其中一个端口连接到波导调制器3一侧的其中一个端口，波导调制器3另一侧的两个端口之间通过光纤环4连接，第一光纤耦合器2一侧的另外一个端口连接到平衡探测电路，第一光纤耦合器2另一侧的另外一个端口与噪声压缩器5输入端口相连，噪声压缩器5输出端口连接到平衡探测电路。

平衡探测电路包括第二光纤耦合器6、第一光电探测器7和第二光电探测器 8，第二光纤耦合器6同侧的两个端口分别与第一光纤耦合器2一侧的另外一个端口和噪声压缩器5另一侧的输出端口连接，第二光纤耦合器6另一侧的两个端口分别连接第一光电探测器7和第二光电探测器8。

光源1发出波长为λ₀的光通过光纤耦合器2功率均分后分别输入到波导调制器3和噪声压缩器5，输入到波导调制器3的光分别从波导调制器3另一侧的两个端口形成两束传播方向相反的光进入光纤环4，两束光分别反向沿光纤环4 传播一周之后回到波导调制器3后形成带光纤陀螺转动信息的干涉信号；干涉信号再从波导调制器3输出后再经光纤耦合器2输入到平衡探测电路，输入到噪声压缩器5的光由噪声压缩器5转化为压缩光信号输入到平衡探测电路；

平衡探测电路的第二光纤耦合器6接收干涉信号和压缩光信号耦合后分别输出到第一光电探测器7和第二光电探测器8，第一光电探测器7和第二光电探测器8接收到的两个电信号作差得到的差值输入光纤陀螺的电路处理系统。

第一光电探测器7(PINA)和第二光电探测器8(PINB)完成光干涉信号到电信号直接的转换，PINA和PINB采用同一厂家同一型号同一批次的一对探测器，其响应度差别控制在小于1％的范围内；平衡探测电路将光信号转换为电信号之后提供给光纤陀螺的电路处理系统，并根据预设的信号调制解调方法完成信号处理工作。

带光纤尾纤的光源1，其输出光通过输出尾纤和第一光纤耦合器2一侧的一个输入端口尾纤相连接，光纤耦合器2同侧的另一端口光纤尾纤和平衡探测电路中的第二光纤耦合器6其中一个输入尾纤相接。

第一光纤耦合器2另一侧的两根输出尾纤分别和光学噪声压缩器5的输入光纤尾纤及赛格奈克光纤干涉仪的波导调制器3的输入尾纤连接；波导调制器3 的同侧两个输出尾纤分别和光纤环4的两个尾纤相接。

噪声压缩器5的输出光纤尾纤和第二光纤耦合器6的另外一个输入尾纤相接，第二光纤耦合器6左侧的两个输出尾纤分别和两个带尾纤输入的探测器相连，两个探测器分别为第一光电探测器7(PINA)和第二光电探测器8(PINB)。

光源1经第一光纤耦合器2的两个输出端口中，其中一个端口由波导调制器3进入光纤环4，另外一个端口将原来是光纤耦合器2闲置光纤尾纤的光输入到噪声压缩器5中，并在噪声压缩器5中完成噪声压缩之后经过输出到第二探测耦合器6的一个输入端口，第二耦合器6的另外一个输入端口和第一光纤耦合器2原来输出到第一光电探测器7(PINA)的尾纤端口相接，耦合器6的两个输出端口分别接到第一光电探测器7和第二光电探测器8中，并经光电转换为点信号提供给后续的电路处理系统，进行调制解调工作。

光源1采用波长为λ₀的单频连续的激光光源，激光光源线宽小于10KHz，即激光纵模的频率范围，输出功率不小于100毫瓦。通过降低其线宽和提高其输出光功率改进改进光纤陀螺的噪声压缩性能；具体实施中，激光光源可采用满足上述指标的单一商用激光光源；也可采用激光二极管激光光源串联光放大器进行光功率放大得到的复合激光光源。

如图3所示，输入光纤准直器51、光学二倍频晶体52、第一隔离器53、参量振荡器54、第二隔离器55和输出光纤准直器56依次顺序连接，输入光纤准直器51输入端的端口作为噪声压缩器5的输入端口与第一光纤耦合器2另一侧的另外一个端口相连，输出光纤准直器56输出端的端口作为噪声压缩器5的输出端口与第二光纤耦合器6一侧的其中一个端口连接。

输入光纤准直器51将来自第一光纤耦合器2的光准直后输出到光学二倍频晶体52进行光学非线性转化得到波长为λ₀/2的倍频光，然后通过第一隔离器53 隔离波长为λ₀波段的基频光，同时将透过波长为λ₀/2的倍频光和隔离后残余的基频光进入参量振荡器54并由参量振荡器54中的非线性晶体中完成光学参量振荡的非线性转换重新输出波长为λ₀的压缩态光，输出的压缩态光的波动小于光子散粒噪声极限，压缩态光进入第二隔离器55，第二隔离器55隔离波长为λ₀/2 波段的光，同时将透过的波长为λ₀的压缩光输出到输出光纤准直器56，输出光纤准直器56准直后将压缩光信号耦合到第二光纤耦合器6。

压缩光场的一种产生方式是一种利用非线性光学实现压缩光的方式，利用了二阶非线性效应二倍频SHG技术和光学参量振荡OPO技术，其中光学二倍频环节SHG将输入光转换为倍频光，并利用倍频光作为光学参量振荡OPO过程的泵浦，在参量振荡过程中的非线性转化晶体中产生压缩态光场，其中输入输出准直器实现光纤光路和空间光路之间的光信号高效耦合，而设置第一隔离器53和第二隔离器55器是为了实现不同波长之间的隔离，实际应用中也可用滤光片。

还可以利用其他非线性方式实现压缩态光场，进行光子散粒噪声的噪声幅度压缩，例如可以利用四波混频过程，也可以实现压缩的效果，同样可以起到噪声压缩器的作用，在实际过程中可以根据实际的需求选择合适的压缩器方案。

本发明的具体实施方式如下：

作为本发明的一个实施例，采用1550nm的光源，采用光学二倍频和光学参量振荡联系的方式实现压缩态光场的产生，二倍频和光学参量振荡的效率约为 1.1％，压缩比为50％，采用的光纤环尺寸中长度为1千米，直径10厘米，干涉仪的整体损耗为20dB，也即99％。

1550nm光源输出100mW的光信号，并通过10:90耦合器；

其中，10％的端口输入到光纤陀螺干涉仪中，经干涉仪后最终的探测功率为 1mW；输出90％的端口输入到噪声压缩器，也即是压缩光产生系统中，得到的压缩光信号约为1mW，和带信号的探测光的功率大小基本匹配，在实际应用中可通过耦合器的耦合系数选择，使得带转动的干涉信号光和压缩光之间的光功率大小差不多，从而获得比较好的效果。

实施例中采用二倍频和光学参量过程均采用PPKTP晶体作为非线性转化晶体，并通过温度控制使得二倍频环节和参量转换过程满足相位匹配的条件要求，从而提高整体的转换效率情况，同时也降低了系统的整体损耗，改进了光压缩效率。

通过光路的调整和仔细的设计，采用二倍频和光学参量振荡过程在1550nm 波段能够实现的最大的噪声压缩比超过10dB，理论上对应于将光子散粒噪声降低了10倍，这是对应的陀螺的输出噪声也降低10倍，随机游走性能提高10倍。但在目前的实际技术条件下，在和光纤陀螺结合过程中，需要将从PPKTP晶体出来以后的空间光耦合到光纤中，从而导致实际能够获得随机系数改进效果没有达到最大。

如图4的数据示意图中，上、下两张图分别是在没有利用噪声压缩器前和采用噪声压缩器后的噪声对比示意，即图1和图2结果的对比示意，其中噪声的压缩效果为2倍。图中的采样频率为100Hz，噪声的均方差值在0.6°/h左右，可计算对应的随机游走系数为0.001°/h^1/2；在利用光噪声压缩器将光子散粒噪声降低2倍后，其噪声的均方差值在0.3°/h左右，可计算对应的随机游走系数为0.0005°/h^1/2。

在本实施例中，采用压缩态光场的光纤陀螺的光电探测信号采用两个平衡探测器的差分输出，从而其后续的模拟数字转化电路、处理电路和调制解调算法沿用原有常规光纤陀螺的电路系统。

该新型的低噪声光纤陀螺采用单频1550nm激光作为光源，来自该光源的大部分光通过光学噪声压缩器完成光子散粒噪声的压缩，而来自光源的小部分光则作为赛格耐克干涉仪的另一输入端口的输入光，完成角速度的传感，利用这两束输入光平衡探测模块探测相应的干涉信号，从而完成转动引入干涉相位的测量。该方案利用量子光学理论中的噪声压缩技术降低光子散粒噪声，可降低探测过程中的光子噪声，相应的光学陀螺角速度测量噪声也降低，从而可获得低噪声光纤陀螺，并且兼容现有的电路系统和调制解调算法，从而可制作成具有低随机游走系数的超高灵敏度的光纤陀螺。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种新型低噪声光纤陀螺，包括光源（1）、第一光纤耦合器（2）和波导调制器（3），光源（1）与第一光纤耦合器（2）一侧的其中一个端口连接，第一光纤耦合器（2）另一侧的其中一个端口连接到波导调制器（3）一侧的其中一个端口，波导调制器（3）另一侧的两个端口之间通过光纤环（4）连接，其特征在于：还包括噪声压缩器（5）和平衡探测电路，第一光纤耦合器（2）一侧的另外一个端口连接到平衡探测电路，第一光纤耦合器（2）另一侧的另外一个端口与噪声压缩器（5）输入端口相连，噪声压缩器（5）输出端口连接到平衡探测电路；

平衡探测电路包括第二光纤耦合器（6）、第一光电探测器（7）和第二光电探测器（8），第二光纤耦合器（6）同侧的两个端口分别与第一光纤耦合器（2）一侧的另外一个端口和噪声压缩器（5）另一侧的输出端口连接，第二光纤耦合器（6）另一侧的两个端口分别连接第一光电探测器（7）和第二光电探测器（8）；光源（1）发出波长为λ ₀ 的光通过第一光纤耦合器（2）功率分配后分别输入到波导调制器（3）和噪声压缩器（5），输入到波导调制器（3）的光分别从波导调制器（3）另一侧的两个端口形成两束传播方向相反的光进入光纤环（4），两束光分别反向沿光纤环（4）传播一周之后回到波导调制器（3）后形成的干涉信号；干涉信号再从波导调制器（3）输出后再经第一光纤耦合器（2）输入到平衡探测电路，输入到噪声压缩器（5）的光由噪声压缩器（5）转化为压缩光信号输入到平衡探测电路；

平衡探测电路的第二光纤耦合器（6）接收干涉信号和压缩光信号耦合后分别输出到第一光电探测器（7）和第二光电探测器（8），第一光电探测器（7）和第二光电探测器（8）接收到的两个电信号作差得到的差值输入光纤陀螺的电路处理系统；

噪声压缩器（5）包括依次顺序连接的输入光纤准直器（51）、光学二倍频晶体（52）、第一隔离器（53）、参量振荡器（54）、第二隔离器（55）和输出光纤准直器（56），输入光纤准直器（51）输入端的端口与第一光纤耦合器（2）另一侧的另外一个端口相连，输出光纤准直器（56）输出端的端口与第二光纤耦合器（6）一侧的其中一个端口连接；

输入光纤准直器（51）将来自第一光纤耦合器（2）的光准直后输出到光学二倍频晶体（52）进行光学非线性转化得到波长为λ₀/2的倍频光，然后通过第一隔离器（53）隔离波长为λ₀波段的基频光，同时将透过波长为λ₀/2的倍频光和隔离后残余的基频光进入参量振荡器（54）并由参量振荡器（54）中的非线性晶体中完成光学参量振荡的非线性转换重新输出波长为λ₀的压缩态光，输出的压缩态光的波动小于光子散粒噪声极限，压缩态光进入第二隔离器（55），第二隔离器（55）隔离波长为λ₀/2波段的光，同时将透过的波长为λ₀的压缩光输出到输出光纤准直器（56），输出光纤准直器（56）准直后将压缩光信号耦合到第二光纤耦合器（6）。

2.根据权利要求1所述的一种新型低噪声光纤陀螺，其特征在于：

所述的光源（1）发出的光通过第一光纤耦合器（2）将功率10%输入到波导调制器（3）中，将功率90%输入到噪声压缩器（5）中。

3.根据权利要求1所述的一种新型低噪声光纤陀螺，其特征在于：

所述的光源（1）采用波长为λ0的单频连续的激光光源，激光光源线宽小于10KHz，输出功率不小于100毫瓦。

4.根据权利要求1所述的一种新型低噪声光纤陀螺，其特征在于：所述的第一光电探测器（7）和第二光电探测器（8）采用PIN管。

5.根据权利要求1所述的一种新型低噪声光纤陀螺，其特征在于：所述的第一隔离器（53）和第二隔离器（55）替换为滤光片。

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