CN111780739A - 一种光纤陀螺及其相对强度噪声抑制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤陀螺及其相对强度噪声抑制装置及方法，利用光纤耦合器的盲端将一路多余的光引出，该多余的光经光纤衰减器两次衰减和光纤法拉第旋转反射镜偏振90°旋转后又反射回至光纤耦合器，在光纤耦合器内，信号光与反射衰减后的光进行强度叠加且不发生干涉，达到降低相对强度噪声的目的；该装置在仅仅利用光纤耦合器闲置的盲端基础上，再增加一个光纤衰减器和一个单模光纤法拉第旋转反射镜即可达到抑制目的，结构更为简单，且成本低，具有噪声抑制费效比高的优势，具有重要的应用推广价值。
Description
技术领域
本发明属于光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种基于光纤衰减器和法拉第旋转反射镜的光纤陀螺相对强度噪声抑制装置及方法。
背景技术
光纤陀螺相对强度噪声在高精度光纤陀螺中已经成为重要的噪声来源。研究人员提出，相对强度噪声低的光源对高精度光纤陀螺的噪声水平非常重要。在同样的光源条件下，为了获得低噪声高精度光纤陀螺，研究人员也不断研究提出了各种相对强度噪声抑制方法。比如采用两个光探测器，将光源的光分出一路，直接进行强度探测，然后将模拟光信号传输到数字信号处理模块中，采用合适的算法，对光纤陀螺的模拟光信号进行强度噪声抑制处理；也有采用两个保偏光纤耦合器分光合光的方式来抑制光源相对强度噪声。但是，上述抑制处理方法都具有成本较高，结构复杂等特点，进而造成噪声抑制性价比、费效比非常有限。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种光纤陀螺及其相对强度噪声抑制装置及方法。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种光纤陀螺相对强度噪声抑制装置，包括光源、光纤耦合器、Y 波导、保偏光纤环以及光探测器，所述光源的输出端与所述光纤耦合器的输入端连接，所述光纤耦合器的输入输出端与Y波导的第一输入输出端连接，所述光纤耦合器的输出端与所述光探测器的输入端连接，所述Y波导的第二输入输出端、第三输入输出端分别与所述保偏光纤环的两端连接；其特征是，还包括：光纤衰减器和光纤法拉第旋转反射镜；所述光纤衰减器的第一输入输出端与光纤耦合器的盲端连接，光纤衰减器的第二输入输出端与所述光纤法拉第旋转反射镜连接。
本发明的相对强度噪声抑制装置，光源发出的光经光纤耦合器分成两路光，其中一路光经Y波导的内部调节后输出两束光，这两束光在保偏光纤环中相向传播后经Y波导合成一路信号光返回到光纤耦合器内；另一路光经光纤耦合器的盲端输入到光纤衰减器内，经过光纤衰减器衰减，再经光纤法拉第旋转反射镜偏振90°旋转后反射到光纤衰减器内，经光纤衰减器又一次衰减后注入到光纤耦合器，在光纤耦合器内，信号光与反射衰减后的光进行强度叠加且不发生干涉，达到了降低相对强度噪声的目的；光纤衰减器将反射光衰减到合适量级，使反射光与信号光在功率上达到平衡，以便于在光纤耦合器内进行强度噪声叠加相消。
进一步地，所述光纤衰减器的光功率衰减参数的初始值为x/2，其中x为Y波导与保偏光纤环的插入损耗。
设置光纤衰减器的光功率衰减参数的初始值，再测量光纤陀螺的随机游走系数，然后反复调节光功率衰减参数的大小，直到所测量的随机游走系数降低至极小值，此时所对应的光功率衰减参数为光纤衰减器的最终光功率衰减参数。
进一步地，所述光纤衰减器的回波损耗不低于40dB，光纤衰减器在具有衰减功能的基础上，还应具有良好的回波损耗，回波损耗越高越好，以避免对光纤陀螺引入不必要的散射干扰。
进一步地，所述光纤衰减器的尾纤与光纤耦合器盲端的光纤为相同型号规格，以避免尾纤与盲端光纤熔接时的熔点散射，避免了对光纤陀螺引入不必要的散射干扰。
进一步地，所述光纤法拉第旋转反射镜的尾纤与光纤衰减器的尾纤为相同型号规格，以避免尾纤与尾纤熔接时的熔点散射，避免了对光纤陀螺引入不必要的散射干扰。
进一步地，所述光纤衰减器和光纤法拉第旋转反射镜的尾纤长度之和大于等于2m，且小于等于20m，在改善光纤陀螺的噪声基础上，抑制了光纤法拉第旋转反射镜可能引入的非单模传输光的干扰。
进一步地，所述光纤衰减器和光纤法拉第旋转反射镜具有与所述光源相同的工作波长范围。
本发明还提供一种光纤陀螺相对强度噪声抑制方法，包括：
步骤1：将光纤耦合器的盲端、光纤衰减器以及光纤法拉第旋转反射镜依次连接；
步骤2：确定并设置所述光纤衰减器的光功率衰减参数；
步骤3：光源发出的光经光纤耦合器分成两路光，其中一路光经Y波导、保偏光纤环后返回一路信号光至光纤耦合器，另一路光经光纤衰减器衰减，再经光纤法拉第旋转反射镜偏振90°旋转后反射到光纤衰减器，经光纤衰减器又一次衰减后注入到光纤耦合器；在光纤耦合器内，信号光与反射衰减后的光进行强度叠加，以实现相对强度噪声的抑制。
由于光纤法拉第旋转反射镜将光偏振90°旋转后再反射回光纤耦合器内，在耦合器内与信号光进行强度偏振正交叠加，且相干长度非常短，因此信号光与反射光不会发生干涉，并达到了混叠消除光源强度噪声的目的。
进一步地，所述步骤2中，光功率衰减参数的确定步骤为：
步骤2.1：根据Y波导和保偏光纤环的插入损耗计算光功率衰减参数的初始值；
步骤2.2：在光功率衰减参数的初始值+△d dB范围内调节光功率衰减参数的大小，并测量光纤陀螺的随机游走系数，得到光功率衰减值与随机游走系数的关系曲线；
步骤2.3：当所述随机游走系数降低至极小值时所对应的光功率衰减参数即为最终的光功率衰减参数。
本发明还提供一种光纤陀螺，包括如上所述的相对强度噪声抑制装置。
有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种光纤陀螺及其相对强度噪声抑制装置及方法，利用光纤耦合器的盲端将一路多余的光引出，该多余的光经光纤衰减器两次衰减和光纤法拉第旋转反射镜偏振90°旋转后又反射回至光纤耦合器，在光纤耦合器内，信号光与反射衰减后的光进行强度叠加且不发生干涉，达到降低相对强度噪声的目的；光纤衰减器将反射光衰减到合适量级，使反射光与信号光在光功率上达到平衡，以便于在光纤耦合器内进行强度噪声叠加相消；光纤法拉第旋转反射镜将入射光偏振度旋转至正交方向后反射回光纤耦合器，以便于在光纤耦合器内与信号光进行强度正交叠加。
该装置在仅仅利用光纤耦合器闲置的盲端基础上，再增加一个光纤衰减器和一个单模光纤法拉第旋转反射镜即可达到抑制目的，相对于采用多个保偏耦合器或多个光探测器与信号处理资源而言，本装置结构更为简单，且成本低，具有噪声抑制费效比高的优势，具有重要的应用推广价值。
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是本发明实施例中光纤陀螺相对噪声抑制装置的结构示意图。
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。
如图1所示，本发明所提供的一种光纤陀螺相对强度噪声抑制装置，包括宽谱光源、光纤耦合器、Y 波导、保偏光纤环、光探测器、光纤衰减器以及光纤法拉第旋转反射镜，宽谱光源的输出端与光纤耦合器的输入端连接，光纤耦合器的输入输出端与Y波导的第一输入输出端连接，光纤耦合器的输出端与光探测器的输入端连接，Y波导的第二输入输出端、第三输入输出端分别与保偏光纤环的两端连接；光纤衰减器的第一输入输出端与光纤耦合器的盲端连接，光纤衰减器的第二输入输出端与光纤法拉第旋转反射镜连接。
为了控制反射光的功率大小，与由Y波导返回的光纤陀螺信号光在光功率上达到平衡，以便进行一定程度上的强度噪声叠加相消，在单模光纤法拉第旋转反射镜与2×2单模光纤耦合器的盲端之间，插入一个单模光纤衰减器，单模光纤衰减器的光功率衰减参数的初始值设为x/2（dB），其中x为Y波导与保偏光纤环的插入损耗。以单模光纤衰减器的光功率衰减参数的初始值为基础，在x/2+△d dB范围内调节光功率衰减参数的大小，并测量光纤陀螺的随机游走系数，当随机游走系数降低至极小值（至少有20%左右的噪声降低），此时所对应的光功率衰减参数为光纤衰减器的最终光功率衰减参数。本实施例中，未调整前，随机游走系数为0.0003°/h1/2，调整得到随机游走系数的极小值为0.00025°/h1/2，△d为1dB。
单模光纤衰减器的尾纤与2×2单模光纤耦合器盲端的光纤为相同型号规格，避免了尾纤与盲端光纤熔接时的熔点散射，避免了对光纤陀螺引入不必要的散射干扰。单模光纤衰减器的回波损耗不低于40dB，单模光纤衰减器在具有衰减功能的基础上，还应具有良好的回波损耗，回波损耗越高越好，以避免对光纤陀螺引入不必要的散射干扰。
单模光纤法拉第旋转反射镜的尾纤与单模光纤衰减器的尾纤为相同型号规格，避免了尾纤与尾纤熔接时的熔点散射，避免了对光纤陀螺引入不必要的散射干扰。单模光纤法拉第旋转反射镜是一个用于单模光纤迈克尔逊干涉仪的反射镜的常见器件，该单模光纤法拉第旋转反射镜内部的法拉第旋转镜在其内的固定磁场器件作用下，可将入射光的偏振方向旋转45度角，然后再经过一个反射镜反射再次通过法拉第旋转镜，再次旋转45度角，这样，入射进入单模光纤法拉第旋转反射镜的光，共经历了90度的偏振旋转后反射输出，即该单模光纤法拉第旋转反射镜可将入射光偏振度旋转到正交方向后反射返回，以便在单模光纤耦合器内与干涉信号光进行强度偏振正交叠加，消除相对强度噪声。
为了改善光纤陀螺的噪声，抑制单模光纤法拉第旋转反射镜可能引入的非单模传输光的干扰，在光纤陀螺的结构空间等条件限制基础上，可适当增长光纤衰减器和光纤法拉第旋转反射镜的尾纤长度，长度受限于空间，光纤衰减器和光纤法拉第旋转反射镜的尾纤总长度和不超过20m，具体长度可结合噪声抑制水平进行调整，为了便于安装调试，光纤衰减器和光纤法拉第旋转反射镜的尾纤总长度和也应不少于2m。
光纤衰减器和光纤法拉第旋转反射镜具有与宽谱光源相同的工作波长范围，例如，一般的高精度光纤陀螺使用的是1530nm或1560nm波长的宽谱光源，谱宽约10nm，则光纤衰减器与法拉第旋转反射镜应符合该工作波长要求。光纤衰减器和光纤法拉第旋转反射镜应是符合光纤陀螺内器件规范的器件，以保证光纤陀螺产品能够满足其可靠性、环境适应性等要求。
本发明的相对强度噪声抑制装置，宽谱光源发出的光经光纤耦合器分成两路光，其中一路光经Y波导的内部调节后输出两束光，这两束光在保偏光纤环中相向传播后经Y波导合成一路信号光返回到光纤耦合器内；另一路光经光纤耦合器的盲端输入到光纤衰减器内，经过光纤衰减器衰减，再经光纤法拉第旋转反射镜偏振90°旋转后反射到光纤衰减器内，经光纤衰减器又一次衰减后注入到光纤耦合器，在光纤耦合器内，信号光与反射衰减后的光进行强度叠加且不发生干涉，达到了降低相对强度噪声的目的；光纤衰减器将反射光衰减到合适量级，使反射光与信号光在功率上达到平衡，以便于在光纤耦合器内进行强度噪声叠加相消。其理论基础为光源相对强度噪声源于光源内部的光拍频等因素造成了光源功率涨落，在光纤耦合器盲端引出这样一路光，与光纤陀螺中的干涉信号光进行正交叠加，即可尽量避免干涉且达到光源功率涨落的叠加抵消，进而实现了光纤陀螺的相对强度噪声抑制目标。
本发明还提供一种光纤陀螺相对强度噪声抑制方法，包括：
（1）将光纤耦合器的盲端、光纤衰减器以及光纤法拉第旋转反射镜依次连接，如图1所示。
（2）确定并设置光纤衰减器的光功率衰减参数，光功率衰减参数的确定步骤为：
（2.1）根据Y波导和保偏光纤环的插入损耗计算光功率衰减参数的初始值，光功率衰减参数的初始值为x/2（dB），其中x为Y波导与保偏光纤环的插入损耗。
（2.2）在x/2+△d dB范围内调节光功率衰减参数的大小，并测量光纤陀螺的随机游走系数，得到光功率衰减值与随机游走系数的关系曲线；
（2.3）当随机游走系数降低至极小值时所对应的光功率衰减参数即为最终的光功率衰减参数，通过光功率衰减参数的调试可以达到良好的噪声抑制效果。
本实施例中，随机游走系数的初始值为0.0003°/h1/2，降低至极小值（为0.00025°/h1/2）时对应的光功率衰减参数为最终的光功率衰减参数，△d为1dB。在光功率衰减值与随机游走系数的关系曲线中，平滑拐点即为极小值。如果在x/2+1dB范围内调节仍无法得出光功率衰减值与随机游走系数的关系曲线中的平滑拐点位置，则可将1dB数值增大到适当量级，直至识别出平滑拐点位置即可。
（3）宽谱光源发出的光经光纤耦合器分成两路光，其中一路光经Y波导、保偏光纤环后返回一路信号光至光纤耦合器，另一路光经光纤衰减器衰减，再经光纤法拉第旋转反射镜偏振90°旋转后反射到光纤衰减器，经光纤衰减器又一次衰减后注入到光纤耦合器；在光纤耦合器内，信号光与反射衰减后的光进行强度叠加，以实现相对强度噪声的抑制。
由于光纤法拉第旋转反射镜将光偏振90°旋转后再反射回光纤耦合器内，在耦合器内与信号光进行强度偏振正交叠加，相干长度非常短，因此信号光与反射光不会发生干涉，并达到了混叠消除宽谱光源强度噪声的目的。
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 (10)
1.一种光纤陀螺相对强度噪声抑制装置，包括光源、光纤耦合器、Y 波导、保偏光纤环以及光探测器，所述光源的输出端与所述光纤耦合器的输入端连接，所述光纤耦合器的输入输出端与Y波导的第一输入输出端连接，所述光纤耦合器的输出端与所述光探测器的输入端连接，所述Y波导的第二输入输出端、第三输入输出端分别与所述保偏光纤环的两端连接；
其特征在于，还包括：光纤衰减器和光纤法拉第旋转反射镜；所述光纤衰减器的第一输入输出端与光纤耦合器的盲端连接，光纤衰减器的第二输入输出端与所述光纤法拉第旋转反射镜连接。
2.如权利要求1所述的一种光纤陀螺相对强度噪声抑制装置，其特征在于：所述光纤衰减器的光功率衰减参数的初始值为x/2，其中x为Y波导与保偏光纤环的插入损耗。
3.如权利要求1所述的一种光纤陀螺相对强度噪声抑制装置，其特征在于：所述光纤衰减器的回波损耗不低于40dB。
4.如权利要求1所述的一种光纤陀螺相对强度噪声抑制装置，其特征在于：所述光纤衰减器的尾纤与光纤耦合器盲端的光纤为相同型号规格。
5.如权利要求1所述的一种光纤陀螺相对强度噪声抑制装置，其特征在于：所述光纤法拉第旋转反射镜的尾纤与光纤衰减器的尾纤为相同型号规格。
6.如权利要求1所述的一种光纤陀螺相对强度噪声抑制装置，其特征在于：所述光纤衰减器和光纤法拉第旋转反射镜的尾纤长度之和大于等于2m，且小于等于20m。
7.如权利要求1所述的一种光纤陀螺相对强度噪声抑制装置，其特征在于：所述光纤衰减器和光纤法拉第旋转反射镜具有与所述光源相同的工作波长范围。
8.一种光纤陀螺相对强度噪声抑制方法，其特征在于，包括：
步骤1：将光纤耦合器的盲端、光纤衰减器以及光纤法拉第旋转反射镜依次连接；
步骤2：确定并设置所述光纤衰减器的光功率衰减参数；
步骤3：光源发出的光经光纤耦合器分成两路光，其中一路光经Y波导、保偏光纤环后返回一路信号光至光纤耦合器，另一路光经光纤衰减器衰减，再经光纤法拉第旋转反射镜偏振90°旋转后反射到光纤衰减器，经光纤衰减器又一次衰减后注入到光纤耦合器；在光纤耦合器内，信号光与反射衰减后的光进行强度叠加，以实现相对强度噪声的抑制。
9.如权利要求8所述的一种光纤陀螺相对强度噪声抑制方法，其特征在于：所述步骤2中，光功率衰减参数的确定步骤为：
步骤2.1：根据Y波导和保偏光纤环的插入损耗计算光功率衰减参数的初始值；
步骤2.2：在光功率衰减参数的初始值+△ddB范围内调节光功率衰减参数的大小，并测量光纤陀螺的随机游走系数，得到光功率衰减值与随机游走系数的关系曲线；
步骤2.3：当所述随机游走系数降低至极小值时所对应的光功率衰减参数即为最终的光功率衰减参数。
10.一种光纤陀螺，其特征在于：包括如权利要求1-7中任一所述的相对强度噪声抑制装置。
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