CN111337008A - 一种具有强度噪声对消功能的保偏ase光源及光纤陀螺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源及光纤陀螺，保偏ASE光源输出尾纤分别与光纤陀螺光路连接后即可实现光源强度噪声对消。保偏ASE光源采用光学集成器替代隔离器、滤波器和50:50的耦合器，光学集成器具有隔离、滤波、起偏和分光的作用，输出为线偏振光，可有效减少光学器件的数量，大大降低ASE光源的结构复杂度。光学集成器输出的光为线偏振光，且光学集成器的插入损耗较小，可以降低对后面两个保偏耦合器的分光比和偏振的指标要求，整个结构易于实现，有利于降低加工成本。并且，两个保偏耦合器的分光比可以根据不同光纤环长度进行匹配调整，结构灵活。

Description

一种具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源及光纤陀螺
技术领域
本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源及光纤陀螺。
背景技术
光源的性能参数与光纤陀螺的性能密切相关，其中光纤陀螺标度因数的稳定性与光源平均波长的稳定性直接相关，光纤陀螺的相干噪声取决于光源谱宽，光纤陀螺的最小检测灵敏度由光纤陀螺的信噪比决定，提高光纤陀螺的信噪比可以通过提高光源功率实现，因此基于放大自发辐射(Amplified Spontaneous Emission，ASE)的掺铒光纤光源由于具有低时间相干性、大功率输出和高波长稳定性等特点，非常适用于高精度光纤陀螺。
宽谱光源的噪声主要包括热噪声、散粒噪声和强度噪声。强度噪声是由宽谱光源的各种Fourier(傅里叶)分量之间的拍频引起的附加噪声，它的大小随着光源功率的增大而增大。当光源功率超出一定值时，强度噪声就超过散粒噪声和热噪声，强度噪声的大小与光源功率的大小成正比，这时，信噪比将不再随着光源功率的增加而提高，而是趋近于一个饱和值，强度噪声就成为光源噪声中最主要的部分。因此，ASE光源需采取相应措施实现强度噪声抑制。
并且，随着光纤陀螺小型化、民用化的需求，要求ASE光源结构简单，且所需光学器件易于实现。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源，用以解决现有ASE光源强度噪声大、结构复杂的问题。
因此，本发明提供了一种具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源，包括：980泵源(1)、驱动及温控电路(2)、波分复用器(3)、Faraday反射镜(4)、掺铒光纤(5)、光学集成器(6)、第一保偏耦合器(7)以及第二保偏耦合器(8)；其中，所述第一保偏耦合器(7)的透射与反射的分光比为m:n，m:n的范围为80:20至98:2；所述第二保偏耦合器(8)的透射与反射的分光比为r:s，r:s的范围为80:20至98:2；
所述驱动及温控电路(2)与所述980泵源(1)电气连接，所述980泵源(1)的输出端与所述波分复用器(3)的第一端口连接；
所述波分复用器(3)的第二端口与所述掺铒光纤(5)的一端连接，所述掺铒光纤(5)的另一端与所述光学集成器(6)的第一端口连接；所述波分复用器(3)的第三端口与所述Faraday反射镜(4)连接；
所述光学集成器(6)的第二端口与所述第一保偏耦合器(7)的输入端口连接，所述光学集成器(6)的第三端口与所述第二保偏耦合器(8)的输出端口的r％分支连接；所述光学集成器(6)具有隔离、滤波、起偏和分光的作用，所述光学集成器(6)的第二端口输出线偏振光；
所述第一保偏耦合器(7)的输出端口的m％分支与Y波导(9)连接；所述第一保偏耦合器(7)的输出端口的n％分支与第二保偏耦合器(8)的输出端口的s％分支90°连接；所述第二保偏耦合器(8)的输入端口与探测器(10)连接。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源中，所述光学集成器(6)，包括：玻璃管(11)以及位于所述玻璃管(11)内依次排列的双芯毛细管(12)、第一准直器(13)、滤波片(14)、双折射晶体(15)、带磁环的法拉第片(16)、第二准直器(17)和单芯毛细管(18)；其中，
所述双芯毛细管(12)内插有两根保偏光纤(19)，分别为所述光学集成器(6)的第一端口和第三端口；所述单芯毛细管(18)内插有单根保偏光纤(19)，为所述光学集成器(6)的第二端口；
所述双芯毛细管(12)与所述第一准直器(13)斜8°的端面相对，相对的两个端面分别镀有消反膜(20)；所述单芯毛细管(18)与所述第二准直器(17)斜8°的端面相对，相对的两个端面分别镀有消反膜(20)；
所述滤波片(14)，用于实现滤波功能，提高ASE光源输出光谱的波长稳定性；
所述双折射晶体(15)，用于利用双折射效应将两束正交的线偏振光分离，其中一个偏振方向的光经过所述法拉第片(16)进入所述单芯毛细管(18)，实现起偏功能，另一个偏振方向的光损耗掉；
所述法拉第片(16)，用于将从所述单芯毛细管(18)反射回来的光的偏振面旋转90°，实现光隔离的功能。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源中，所述双折射晶体(15)为YVO4晶体或LiNO3晶体。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源中，所述第一保偏耦合器(7)为膜片式结构、熔融拉锥式结构和波导式结构中的任意一种。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源中，所述第一保偏耦合器(7)的透射与反射的分光比为90:10。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源中，所述第二保偏耦合器(8)为膜片式结构、熔融拉锥式结构和波导式结构中的任意一种。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源中，所述第二保偏耦合器(8)的透射与反射的分光比为90:10。
本发明还提供了一种光纤陀螺，包括本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源。
本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源及光纤陀螺，保偏ASE光源输出尾纤分别与光纤陀螺光路连接后即可实现光源强度噪声对消。保偏ASE光源采用光学集成器替代隔离器、滤波器和50:50的耦合器，光学集成器具有隔离、滤波、起偏和分光的作用，输出为线偏振光，可有效减少光学器件的数量，大大降低ASE光源的结构复杂度。光学集成器输出的光为线偏振光，且光学集成器的插入损耗较小，可以降低对后面两个保偏耦合器的分光比和偏振的指标要求，整个结构易于实现，有利于降低加工成本。并且，两个保偏耦合器的分光比可以根据不同光纤环长度进行匹配调整，结构灵活。
附图说明
图1为本发明提供的一种具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源的结构示意图；
图2为本发明提供的一种具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源中光学集成器的结构示意图。
附图标记：1、980泵源；2、驱动及温控电路；3、波分复用器；4、Faraday反射镜；5、掺铒光纤；6、光学集成器；7、第一保偏耦合器；8、第二保偏耦合器；9、Y波导；10、探测器；11、玻璃管；12、双芯毛细管；13、第一准直器；14、滤波片；15、双折射晶体；16、带磁环的法拉第片；17、第二准直器；18、单芯毛细管；19、保偏光纤；20、消反膜；21、光纤环。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本发明。
本发明提供的一种具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源，如图1所示，包括：980泵源1、驱动及温控电路2、波分复用器3、Faraday反射镜(FRM)4、掺铒光纤5、光学集成器6、第一保偏耦合器7以及第二保偏耦合器8；其中，第一保偏耦合器7的透射与反射的分光比为m:n，m:n的范围为80:20至98:2；第二保偏耦合器8的透射与反射的分光比为r:s，r:s的范围为80:20至98:2；
驱动及温控电路2与980泵源1电气连接，980泵源1的输出端1a与波分复用器3的第一端口3a连接；
波分复用器3的第二端口3b与掺铒光纤5的一端5a连接，掺铒光纤5的另一端5b与光学集成器6的第一端口6a连接；波分复用器3的第三端口3c与Faraday反射镜4连接；
光学集成器6的第二端口6b与第一保偏耦合器7的输入端口7a连接，光学集成器6的第三端口6c与第二保偏耦合器8的输出端口的r％分支8b连接；光学集成器6将隔离器、滤波器和保偏环形器的功能集成在一起，具有隔离、滤波、起偏和分光的作用，光学集成器6的第二端口6b输出线偏振光；
第一保偏耦合器7的输出端口的m％分支7b与Y波导9连接，Y波导9与光纤环21连接；第一保偏耦合器7的输出端口的n％分支7c与第二保偏耦合器8的输出端口的s％分支8c90°连接；第二保偏耦合器8的输入端口8a与探测器10连接。
本发明提供的上述保偏ASE光源的输出尾纤分别与光纤陀螺光路连接后即可实现光源强度噪声对消。保偏ASE光源采用光学集成器替代隔离器、滤波器和保偏环形器，光学集成器具有隔离、滤波、起偏和分光的作用，输出为线偏振光，可有效减少光学器件的数量，大大降低ASE光源的结构复杂度。光学集成器输出的光为线偏振光，且光学集成器的插入损耗较小，可以降低对后面两个保偏耦合器的分光比和偏振的指标要求，整个结构易于实现，有利于降低加工成本。并且，两个保偏耦合器的分光比可以根据不同光纤环长度进行匹配调整，结构灵活。
在具体实施时，在本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源中，光学集成器，如图2所示，可以包括：玻璃管11以及位于玻璃管11内依次排列的双芯毛细管12、第一准直器13、滤波片14、双折射晶体15、带磁环的法拉第片16、第二准直器17和单芯毛细管18；其中，双芯毛细管12内插有两根保偏光纤19，分别为光学集成器的第一端口和第三端口；单芯毛细管18内插有单根保偏光纤19，为光学集成器的第二端口；双芯毛细管12与第一准直器13斜8°的端面相对，相对的两个端面分别镀有消反膜20；单芯毛细管18与第二准直器17斜8°的端面相对，相对的两个端面分别镀有消反膜20；滤波片14，用于实现滤波功能，可以提高ASE光源输出光谱的波长稳定性，经过滤波片14后光谱近似高斯型；双折射晶体15，用于利用双折射效应将两束正交的线偏振光分离，其中一个偏振方向的光经过法拉第片16进入单芯毛细管18，实现起偏功能，另一个偏振方向的光损耗掉；法拉第片16，用于将从单芯毛细管18反射回来的光的偏振面旋转90°，使其不能沿原路返回，从而实现光隔离的功能，保证最终输出为线偏振光。
在具体实施时，在本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源中，双折射晶体可以为YVO4晶体；或者，双折射晶体也可以为LiNO3晶体；在此不做限定。
在具体实施时，在本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源中，第一保偏耦合器可以为膜片式结构；或者，第一保偏耦合器也可以为熔融拉锥式结构；或者，第一保偏耦合器还可以为波导式结构，在此不做限定。
在具体实施时，在本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源中，第一保偏耦合器的透射与反射的分光比优选90:10。90:10的第一保偏耦合器为双偏振器件，快轴光和慢轴光都可通过。
在具体实施时，在本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源中，第二保偏耦合器可以为膜片式结构；或者，第二保偏耦合器也可以为熔融拉锥式结构；或者，第二保偏耦合器还可以为波导式结构，在此不做限定。
在具体实施时，在本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源中，第二保偏耦合器的透射与反射的分光比优选90:10。90:10的第二保偏耦合器为双偏振器件，快轴光和慢轴光都可通过。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种光纤陀螺，包括本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源。采用本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源的光纤陀螺，同样具有光学器件数量较少，结构复杂度较低，整个结构易于实现，加工成本较低等优势。
本发明提供的上述具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源及光纤陀螺，保偏ASE光源输出尾纤分别与光纤陀螺光路连接后即可实现光源强度噪声对消。保偏ASE光源采用光学集成器替代隔离器、滤波器和50:50的耦合器，光学集成器具有隔离、滤波、起偏和分光的作用，输出为线偏振光，可有效减少光学器件的数量，大大降低ASE光源的结构复杂度。光学集成器输出的光为线偏振光，且光学集成器的插入损耗较小，可以降低对后面两个保偏耦合器的分光比和偏振的指标要求，整个结构易于实现，有利于降低加工成本。并且，两个保偏耦合器的分光比可以根据不同光纤环长度进行匹配调整，结构灵活。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源，其特征在于，包括：980泵源(1)、驱动及温控电路(2)、波分复用器(3)、Faraday反射镜(4)、掺铒光纤(5)、光学集成器(6)、第一保偏耦合器(7)以及第二保偏耦合器(8)；其中，所述第一保偏耦合器(7)的透射与反射的分光比为m:n，m:n的范围为80:20至98:2；所述第二保偏耦合器(8)的透射与反射的分光比为r:s，r:s的范围为80:20至98:2；
所述驱动及温控电路(2)与所述980泵源(1)电气连接，所述980泵源(1)的输出端与所述波分复用器(3)的第一端口连接；
所述波分复用器(3)的第二端口与所述掺铒光纤(5)的一端连接，所述掺铒光纤(5)的另一端与所述光学集成器(6)的第一端口连接；所述波分复用器(3)的第三端口与所述Faraday反射镜(4)连接；
所述光学集成器(6)的第二端口与所述第一保偏耦合器(7)的输入端口连接，所述光学集成器(6)的第三端口与所述第二保偏耦合器(8)的输出端口的r％分支连接；所述光学集成器(6)具有隔离、滤波、起偏和分光的作用，所述光学集成器(6)的第二端口输出线偏振光；
所述第一保偏耦合器(7)的输出端口的m％分支与Y波导(9)连接；所述第一保偏耦合器(7)的输出端口的n％分支与第二保偏耦合器(8)的输出端口的s％分支90°连接；所述第二保偏耦合器(8)的输入端口与探测器(10)连接。
2.如权利要求1所述的具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源，其特征在于，所述光学集成器(6)，包括：玻璃管(11)以及位于所述玻璃管(11)内依次排列的双芯毛细管(12)、第一准直器(13)、滤波片(14)、双折射晶体(15)、带磁环的法拉第片(16)、第二准直器(17)和单芯毛细管(18)；其中，
所述双芯毛细管(12)内插有两根保偏光纤(19)，分别为所述光学集成器(6)的第一端口和第三端口；所述单芯毛细管(18)内插有单根保偏光纤(19)，为所述光学集成器(6)的第二端口；
所述双芯毛细管(12)与所述第一准直器(13)斜8°的端面相对，相对的两个端面分别镀有消反膜(20)；所述单芯毛细管(18)与所述第二准直器(17)斜8°的端面相对，相对的两个端面分别镀有消反膜(20)；
所述滤波片(14)，用于实现滤波功能，提高ASE光源输出光谱的波长稳定性；
所述双折射晶体(15)，用于利用双折射效应将两束正交的线偏振光分离，其中一个偏振方向的光经过所述法拉第片(16)进入所述单芯毛细管(18)，实现起偏功能，另一个偏振方向的光损耗掉；
所述法拉第片(16)，用于将从所述单芯毛细管(18)反射回来的光的偏振面旋转90°，实现光隔离的功能。
3.如权利要求2所述的具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源，其特征在于，所述双折射晶体(15)为YVO4晶体或LiNO3晶体。
4.如权利要求1～3任一项所述的具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源，其特征在于，所述第一保偏耦合器(7)为膜片式结构、熔融拉锥式结构和波导式结构中的任意一种。
5.如权利要求4所述的具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源，其特征在于，所述第一保偏耦合器(7)的透射与反射的分光比为90:10。
6.如权利要求1～3任一项所述的具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源，其特征在于，所述第二保偏耦合器(8)为膜片式结构、熔融拉锥式结构和波导式结构中的任意一种。
7.如权利要求6所述的具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源，其特征在于，所述第二保偏耦合器(8)的透射与反射的分光比为90:10。
8.一种光纤陀螺，其特征在于，包括如权利要求1～7任一项所述的具有强度噪声对消功能的保偏ASE光源。
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