CN111272197A - 一种基于Sagnac干涉仪的单光束提取系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Sagnac干涉仪的单光束提取系统，所述系统通过具备单向导通性的光纤器件将干涉仪中的一路单光束返回至Y波导，将另一路单光束导离，实现了一路单光束的提取；通过该系统提取出来的单光束，在光程除了增加保偏光纤环形器端口1至端口2这一段之外，其他光路完全与原Sagnac干涉仪中的光程一致，可以作为Sagnac干涉仪中的光束来看待，再对提取出来的单光束进行光学特性分析，能够准确地获知光路内部强度噪声变化规律和光谱滤波特性，为光纤陀螺的研制生产提供了重要的单路光信号状态信息，为提升和改进光路研制质量提供了支持，极大地有助于光纤陀螺尤其是高精度光纤陀螺的光路品质改善和性能水平提升。

Description

一种基于Sagnac干涉仪的单光束提取系统

技术领域

本发明属于光纤陀螺的性能评测领域，尤其涉及一种基于Sagnac干涉仪的光纤陀螺中的其中一路干涉光提取系统。

背景技术

随着光纤陀螺的不断发展应用，光纤陀螺的光路系统在研制生产过程中的高性能评测逐渐受到关注。研制生产工作者们希望光纤陀螺的Sagnac光纤干涉仪具备理想状态，即无散射，无光谱带宽限制，偏振保持能力好等。但因研制工艺技术、器件集成能力、器件本身指标等限制，光纤陀螺的Sagnac光纤干涉仪一般需要通过光纤熔接方式将光纤耦合器、集成光学芯片Y波导、光纤环等光纤器件连接起来，器件本身尽可能要求同种光纤、相似模场直径光纤的异常双折射小，光谱透过特性好，偏振无关性能好等，这样才能在有限要求内获得良好的Sagnac光纤干涉仪光路系统。为此，光纤陀螺的研制生产工作者们迫切需要对Sagnac光纤干涉仪光路系统实现有效简单地评测，进而不断地改进完善光路系统。

当前，Sagnac光纤干涉仪光路系统的主要评测方法为对部分光路进行光功率测量，再进行强度噪声分析或光谱测量分析。如图1所示，实际上光源光经过光纤耦合器后，进入Y波导，起偏并分束后，分别从顺时针方向和逆时针方向进入光纤环，形成两路光，顺时针光经过Y波导的2端口返回，再次经过检偏后，通过光纤耦合器，到达光探测器前，这是Sagnac光纤干涉仪两路光中的一路；同理，逆时针光经过Y波导的1端口返回，再次经过检偏后，通过光纤耦合器，也到达光探测器前，这是Sagnac光纤干涉仪两路光中的另一路。实质上，这两路光在返回到Y波导后，即合在一起，合在一起的两路光会相互干涉，导致无法准确地获知光路内部光的强度噪声变化规律和光谱滤波特性等，不便于进行光路内部散射状态的分析，从而不利于光路熔接优化和熔接质量提升，不能为高质量、高性能光纤陀螺的研制生产提供支持。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于Sagnac干涉仪的单光束提取系统，将其中一路光提取出来并进行光学特性分析，避免另一路光的干涉作用，以准确地获知光路内部光的强度噪声变化规律和光谱滤波特性，为高质量、高性能光纤陀螺的研制生产提供支持。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种基于Sagnac干涉仪的单光束提取系统，包括光纤耦合器、Y波导以及光纤环，所述光纤耦合器的端口2与Y波导的输入尾纤熔接，所述Y波导的两路输出尾纤分别与所述光纤环的两路尾纤熔接，其特征是：

还包括具备单向导通性的光纤器件，所述具备单向导通性的光纤器件插接于Y波导的其中一路输出尾纤与光纤环的尾纤之间。

本发明的单光束提取系统，利用光纤器件的单向导通性，将进入到光纤环的顺时针方向单光束或者逆时针方向单光束提取出来，经过Y波导和光纤耦合器后，进入到光探测器或者光纤光谱仪，对提取出来的单光束进行光的强度噪声分析和光谱特性等分析，避免了另一单光束的干涉作用，能够准确地获知光路内部光谱强度噪声变化规律和光谱滤波特性，为光纤陀螺的研制生产提供了重要的单路光信号状态信息，为提升和改进光路研制质量提供了支持，极大地有助于光纤陀螺尤其是高精度光纤陀螺的光路品质改善和性能水平提升。通过所述单光束提取系统所提取出的单光束可用于高性能光纤陀螺光路的内部散射状态分析，进而进行光路熔接优化和光路熔接质量提升；可用于进行光路元器件散射抑制能力分析，进而进行单光路噪声抑制优化，为研制高性能光纤陀螺的光纤光路提供了支撑；还可用于单光束光谱分析，进而比对Sagnac干涉仪中两路干涉光的最终光谱差异，为干涉信号质量的评价提供了依据。

进一步地，所述具备单向导通性的光纤器件为保偏光纤环形器或保偏光纤隔离器。

进一步地，所述保偏光纤环形器的输入尾纤与光纤环的尾纤为同类型号规格，保证了保偏光纤环形器的输入尾纤与光纤环的尾纤之间的熔接是相同或相似型号规格光纤之间的熔接，尽可能地减少了熔接点处的额外损耗和偏振串扰。

进一步地，所述保偏光纤环形器的工作光的偏振方向与Y波导的偏振方向一致。

进一步地，所述保偏光纤环形器的通道隔离度不低于30dB，尽可能地避免了因引入反向单光束串扰而导致的干涉干扰，进而避免了对单光束光学特性分析的影响。

进一步地，所述保偏光纤环形器的端口1与端口2之间通道的插入损耗不超过1dB，端口1与端口2之间通道的工作波长大于对应光纤陀螺光源的光谱谱宽，且所述工作波长属于该对应光纤陀螺光源波长所在波段，避免了因引入保偏光纤环形器而引起的损耗和对光谱滤波的影响。

进一步地，在所述保偏光纤环形器的端口3上熔接一APC型的同类型号规格尾纤的保偏光纤连接器，或者将所述保偏光纤环形器的端口3的尾纤切割成呈8°的斜面，或者将所述保偏光纤环形器的端口3对应的尾纤反复粉碎并浸渍在高折射液体内，以抑制回波，避免了光波串扰而影响单光束的光学特性分析。

有益效果

与现有技术相比，本发明提供一种基于Sagnac干涉仪的单光束提取系统，通过具备单向导通性的光纤器件将一路单光束返回至Y波导，将另一路单光束导离，实现了一路单光束的提取；通过该系统提取出来的单光束，在光程除了增加保偏光纤环形器端口1至端口2这一段之外，其他光路完全与原Sagnac干涉仪中的光程一致，可以作为Sagnac干涉仪中的光束来看待，再对提取出来的单光束进行光学特性分析，能够准确地获知光路内部光的强度噪声变化规律和光谱滤波特性，为光纤陀螺的研制生产提供了重要的单路光信号状态信息，为提升和改进光路研制质量提供了支持，极大地有助于光纤陀螺尤其是高精度光纤陀螺的光路品质改善和性能水平提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本发明背景技术中Sagnac光纤干涉仪光路系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中基于Sagnac干涉仪的顺时针方向单光束提取系统的结构示意图；

图3是本发明实施例中基于Sagnac干涉仪的逆时针方向单光束提取系统的结构示意图；

其中，⊕表示非偏振光，

表示X偏振光，△表示熔接点。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图2所示，本发明所提供的一种基于Sagnac干涉仪的单光束提取系统，用于提取顺时针方向单光束，该系统具体包括光纤耦合器、Y波导、保偏光纤环形器以及光纤环，光纤耦合器的端口1对应的尾纤与宽谱光源熔接，光纤耦合器端口2对应的尾纤与Y波导的入射端对应的尾纤（即输入尾纤）熔接，Y波导的端口1对应的输出尾纤（Y波导的其中一路输出尾纤）与光纤环的其中一路尾纤熔接，Y波导的端口2对应的输出尾纤（Y波导的另一路输出尾纤）与保偏光纤环形器的端口2对应的尾纤熔接，保偏光纤环形器的端口1对应的尾纤（即输入尾纤）与光纤环的另一路尾纤熔接。

宽谱光源经光纤耦合器后，进入Y波导，起偏并分束成顺时针方向单光束和逆时针方向单光束（两路单光束），顺时针方向单光束经过光纤环后进入保偏光纤环形器，由保偏光纤环形器的端口1射入，由保偏光纤环形器的端口2射出，射出后的顺时针方向单光束经Y波导的端口2返回，再次经过检偏后通过光纤耦合器到达光探测器或光纤光谱仪前，而逆时针方向单光束经保偏光纤环形器的端口2射入，由保偏光纤环形器的端口3导出（由于保偏光纤环形器的单相导通性），将逆时针方向单光束导离了干涉光路，实现了顺时针方向单光束的提取。顺时针方向单光束经过的光程除了增加保偏光纤环形器端口1至端口2这一段之外，其他光路完全与原Sagnac干涉仪中的光程一致，因此，采用本发明单光束提取系统提取出来的顺时针方向单光束可以作为Sagnac干涉仪中的光束来看待，并用作光的强度噪声、光谱滤波特性等光学特性的分析研究。在没有逆时针方向单光束的干涉下，对顺时针方向单光束进行光学特性分析，能够更为准确地获知光路内部光的强度噪声变化规律和光谱滤波特性等，为光纤陀螺的研制生产提供了重要的单路光信号状态信息，为提升和改进光路研制质量提供了支持，极大地有助于光纤陀螺尤其是高精度光纤陀螺的光路品质改善和性能水平提升；还可以对该顺时针方向单光束进行内部散射状态分析以及光路元器件散射抑制能力分析，如果单光束光特性分析中发现存在散射引起的寄生干扰、光谱异常等问题，即可对光源到光纤耦合器、光纤耦合器到Y波导、Y波导到光纤环之间的熔接点进行估计分析，必要时重新优化熔接，或者对上述器件本身的损耗特性、散射特性、光谱特性进行详查，改进光路光纤器件的质量；如果单光束光特性良好，则表明该光路性能方面可以满足高精度光纤陀螺光路要求。

为了尽可能地减少熔接点处的额外损耗和偏振串扰，保偏光纤环形器的端口1对应的尾纤与光纤环的尾纤为同类型号规格，保证了保偏光纤环形器的端口1对应的尾纤与光纤环的尾纤之间的熔接是相同或相似型号规格光纤之间的熔接。同时，保偏光纤环形器的工作光的偏振方向与Y波导的偏振方向一致，即如果Y波导的端口2对应的尾纤出光的偏振方向在保偏光纤的快轴，则保偏光纤光环形器的光的偏振方向要求同样在快轴；如果Y波导的端口2对应的尾纤出光的偏振方向在保偏光纤的慢轴，则保偏光纤光环形器的光的偏振方向要求同样在慢轴，表示保偏光纤环形器的工作偏振方向与Y波导的工作偏振方向一致。

为了避免因引入反向单光束（逆时针方向单光束）串扰而导致的干涉干扰，进而避免对顺时针方向单光束光学特性分析的影响，要求保偏光纤环形器的通道隔离度尽可能高，至少不低于30dB。保偏光纤环形器的端口1与端口2之间通道的插入损耗不超过1dB，端口1与端口2之间通道的工作波长大于对应光纤陀螺光源的光谱谱宽，且该工作波长属于该对应光纤陀螺光源波长所在波段，避免了因引入保偏光纤环形器而引起的损耗和对光谱滤波的影响。

逆时针方向单光束直接通过保偏光纤环形器的端口3导出，为了更好地避免逆时针方向单光束串扰而影响顺时针单光束的光学特性分析，在保偏光纤环形器的端口3上熔接一APC型的同类型号规格尾纤的保偏光纤连接器，或者将保偏光纤环形器的端口3的尾纤切割成呈8°的斜面，或者将保偏光纤环形器的端口3对应的尾纤反复粉碎并浸渍在高折射液体内，以抑制回波，避免串扰。

实施例2

如图3所示，本发明所提供的一种基于Sagnac干涉仪的单光束提取系统，用于提取逆时针方向单光束，该系统具体包括光纤耦合器、Y波导、保偏光纤环形器以及光纤环，光纤耦合器的端口1对应的尾纤与宽谱光源熔接，光纤耦合器端口2对应的尾纤与Y波导的入射端对应的尾纤（即输入尾纤）熔接，Y波导的端口1对应的输出尾纤（Y波导的其中一路输出尾纤）与保偏光纤环形器的端口2对应的尾纤熔接，保偏光纤环形器的端口1对应的尾纤（即输入尾纤）与光纤环的其中一路尾纤熔接，Y波导的端口2对应的输出尾纤（Y波导的另一路输出尾纤）与光纤环的另一路尾纤熔接。

宽谱光源经光纤耦合器后，进入Y波导，起偏并分束成顺时针方向单光束和逆时针方向单光束（两路单光束），逆时针方向单光束经过光纤环后进入保偏光纤环形器，由保偏光纤环形器的端口1射入，由保偏光纤环形器的端口2射出，射出后的顺时针方向单光束经Y波导的端口1返回，再次经过检偏后通过光纤耦合器到达光探测器或光纤光谱仪前，而顺时针方向单光束经保偏光纤环形器的端口1射入，由保偏光纤环形器的端口3导出（由于保偏光纤环形器的单相导通性），将顺时针方向单光束导离了干涉光路，实现了逆时针方向单光束的提取。逆时针方向单光束经过的光程除了增加保偏光纤环形器端口1至端口2这一段之外，其他光路完全与原Sagnac干涉仪中的光程一致，因此，采用本发明单光束提取系统提取出来的逆时针方向单光束可以作为Sagnac干涉仪中的光束来看待，并用作光的强度噪声、光谱滤波特性等光学特性的分析研究。在没有顺时针方向单光束的干涉下，对逆时针方向单光束进行光学特性分析，能够更为准确地获知光路内部光的强度噪声变化规律和光谱滤波特性等，为光纤陀螺的研制生产提供了重要的单路光信号状态信息，为提升和改进光路研制质量提供了支持，极大地有助于光纤陀螺尤其是高精度光纤陀螺的光路品质改善和性能水平提升；还可以对该逆时针方向单光束进行内部散射状态分析以及光路元器件散射抑制能力分析，如果单光束光特性分析中发现存在散射引起的寄生干扰、光谱异常等问题，即可对光源到光纤耦合器、光纤耦合器到Y波导、Y波导到光纤环之间的熔接点进行估计分析，必要时重新优化熔接，或者对上述器件本身的损耗特性、散射特性、光谱特性进行详查，改进光路光纤器件的质量；如果单光束光特性良好，则表明该光路性能方面可以满足高精度光纤陀螺光路要求。

为了尽可能地减少熔接点处的额外损耗和偏振串扰，保偏光纤环形器的端口1对应的尾纤与光纤环的尾纤为同类型号规格，保证了保偏光纤环形器的端口1对应的尾纤与光纤环的尾纤之间的熔接是相同或相似型号规格光纤之间的熔接。同时，保偏光纤环形器的工作光的偏振方向与Y波导的偏振方向一致，即如果Y波导的端口2对应的尾纤出光的偏振方向在保偏光纤的快轴，则保偏光纤光环形器的光的偏振方向要求同样在快轴；如果Y波导的端口2对应的尾纤出光的偏振方向在保偏光纤的慢轴，则保偏光纤光环形器的光的偏振方向要求同样在慢轴。

为了避免因引入反向单光束（顺时针方向单光束）串扰而导致的干涉干扰，进而避免对逆时针方向单光束光学特性分析的影响，要求保偏光纤环形器的通道隔离度尽可能高，至少不低于30dB。保偏光纤环形器的端口1与端口2之间通道的插入损耗不超过1dB，端口1与端口2之间通道的工作波长大于对应光纤陀螺光源的光谱谱宽，且该工作波长属于该对应光纤陀螺光源波长所在波段，避免了因引入保偏光纤环形器而引起的损耗和对光谱滤波的影响。

顺时针方向单光束直接通过保偏光纤环形器的端口3导出，为了更好地避免顺时针方向单光束串扰而影响逆时针单光束的光学特性分析，在保偏光纤环形器的端口3上熔接一APC型的同类型号规格尾纤的保偏光纤连接器，或者将保偏光纤环形器的端口3的尾纤切割成呈8°的斜面，或者将保偏光纤环形器的端口3对应的尾纤反复粉碎并浸渍在高折射液体内，以抑制回波，避免串扰。

本发明单光束提取系统中保偏光纤环形器还可以采用保偏光纤隔离器代替，对保偏光纤隔离器具有跟保偏光纤环形器类似的要求，例如：要求保偏光纤隔离器的插入损耗不超过1 dB，保偏光纤隔离器正向传输的工作波长大于对应光纤陀螺光源的光谱谱宽，且该工作波长属于该对应光纤陀螺光源波长所在波段，保偏光纤隔离器的通道隔离度尽可能高（不低于40dB）。替换时，只需将保偏光纤环形器端口1至端口2的这一段光路采用保偏光纤隔离器的正向传输来取代。在实际应用中，相对于保偏光纤隔离器，保偏光纤环形器具有更好的单光束导离能力，能够更好地避免了串扰问题，当然，也可以通过提高保偏光纤隔离器的通道隔离度，降低光源功率来改善保偏光纤隔离器的单光束导离能力。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于Sagnac干涉仪的单光束提取系统，包括光纤耦合器、Y波导以及光纤环，所述光纤耦合器的端口2与Y波导的输入尾纤熔接，所述Y波导的两路输出尾纤分别与所述光纤环的两路尾纤熔接，其特征在于：

还包括具备单向导通性的光纤器件，所述具备单向导通性的光纤器件插接于Y波导的其中一路输出尾纤与光纤环的尾纤之间。

2.如权利要求1所述的单光束提取系统，其特征在于：所述具备单向导通性的光纤器件为保偏光纤环形器或保偏光纤隔离器。

3.如权利要求2所述的单光束提取系统，其特征在于：所述保偏光纤环形器的输入尾纤与光纤环的尾纤为同类型号规格。

4.如权利要求3所述的单光束提取系统，其特征在于：所述保偏光纤环形器的工作光的偏振方向与Y波导的偏振方向一致。

5.如权利要求4所述的单光束提取系统，其特征在于：所述保偏光纤环形器的通道隔离度不低于30dB。

6.如权利要求5所述的单光束提取系统，其特征在于：所述保偏光纤环形器的端口1与端口2之间通道的插入损耗不超过1dB，端口1与端口2之间通道的工作波长大于对应光纤陀螺光源的光谱谱宽，且所述工作波长属于该对应光纤陀螺光源波长所在波段。

7.如权利要求2-6中任一所述的单光束提取系统，其特征在于：在所述保偏光纤环形器的端口3上熔接一APC型的同类型号规格尾纤的保偏光纤连接器，或者将所述保偏光纤环形器的端口3的尾纤切割成呈8°的斜面，或者将所述保偏光纤环形器的端口3对应的尾纤反复粉碎并浸渍在高折射液体内。

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