CN112066972A - 一种单光源双偏振的光纤陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种单光源双偏振的光纤陀螺仪，包括：光源、起偏器、消偏器、耦合器、第一偏振光通路、第二偏振光通路、保偏光纤环；其中，光源、起偏器、消偏器、耦合器依次串接，耦合器的输出端连接并联的第一偏振光通路和第二偏振光通路的输入端，第一偏振光通路和第二偏振光通路的输出端连接保偏光纤环；耦合器的输出端和第二偏振光通路的输入端之间串接有延时模块。本申请利用首先起偏器和消偏器以实现双偏振光功率均衡，同时延时模块使双偏振光具有相位差，再配合对双偏振光进行反向调制，能够有效降低光纤中的偏振交叉耦合噪声，对于提高光纤陀螺的游走和零偏性能有非常重要的意义。

Description

一种单光源双偏振的光纤陀螺仪

技术领域

本申请涉及陀螺仪技术领域，具体涉及一种单光源双偏振的光纤陀螺仪。

背景技术

光纤陀螺仪是一种测量物体惯性运动角速度的传感器。由于其精度高、性能稳定、可靠性好、抗干扰能力强和寿命长等特点而被广泛应用于导弹、航空、航天、航海等领域。

光纤陀螺是基于萨格纳克效应(Sagnac effect)而制造出来的定向装置，光学陀螺仪基本工作原理是：在闭合光路中的两束特征相同的光分别沿顺时针(CW)方向和逆时针(CCW)方向传输时，如果该光路存在转动，则两束光会产生与该转动角速度相关的相位差，从而根据这两束光的干涉信号即可得出该闭合光路的转动角速度。上述相位差被称作萨格纳克相移φ_s，其与转动角速度Ω的关系可表示为：

式中，λ为光源波长，c表示真空中的光速，L和D表示保偏光纤环的长度和直径。

由于Sagnac相移远远小于光波的相移，因此光纤陀螺的结构设计要考虑抑制其他非互易的相移，尽可能地降低噪声。一个基本的结构设计原型就是采用“最小互易结构”作为光纤陀螺的基础结构，如图1所示。最小互易结构的设计目的在于保证顺时针CW和逆时针CCW光波所经历的光路完全一致，即满足互易性的要求。由于Sagnac信号是一个非常小的相位信号，远远小于光波传输相移，只有互易性被保证时才能被清楚地检测出来。最小互易结构中要素是两方面互易性的保证：一个是偏振互易性，即保证CW、CCW光波所经历的偏振模式是一样的；另一个是耦合器互易性，即保证CW、CCW光波经过耦合器的方式是一样的。其中偏振互易性是最重要的一个方面，如果偏振互易性没有良好的保证，就会产生偏振非互易(PN)误差。偏振非互易误差会对光纤陀螺性能造成严重的劣化，集中体现在造成零偏稳定性的变差，而且还决定了光纤陀螺中噪声降低效果的极限。因此在陀螺的结构设计中，偏振互易性被放置在非常优先的位置，偏振非互易误差也是提高陀螺精度的一个关键问题。

双偏振光纤陀螺是近些年提出的一种新型光纤陀螺仪，和传统光纤陀螺的区别在于该结构利用了光纤环中的两个偏振态的光学补偿效应来进行测量，具有结构简单、环境适应性强的优点。然而，双偏振态光纤陀螺仪，是通过检测两个偏振态方向的光分别在闭合光路中的光学补偿效应来进行测量，两个偏振态的光在保偏光纤环中传输时会存在的偏振交叉耦合，即在其中一个主轴(如快轴)上传输的光可能会由于应力耦合进入另一个主轴(如慢轴)，进入另一主轴上的光为耦合光，由于快轴和慢轴的光都是同一光源发出的，具有一定的相干性，耦合光会与主轴的光干涉影响真实信号的解调。

因此，需要提供一种能降低偏振交叉耦合噪声的双偏振光纤陀螺仪。

发明内容

本申请的目的是提供一种单光源双偏振的光纤陀螺仪。

本申请提供一种单光源双偏振的光纤陀螺仪，包括：光源、起偏器、消偏器、耦合器、第一偏振光通路、第二偏振光通路、保偏光纤环；其中，

所述光源、起偏器、消偏器、耦合器依次串接，所述耦合器的输出端连接并联的第一偏振光通路和第二偏振光通路的输入端，所述第一偏振光通路和第二偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环；

所述耦合器的输出端和所述第二偏振光通路的输入端之间串接有延时模块。

在本申请的一些实施方式中，所述延时模块为单模光纤或保偏光纤。

在本申请的一些实施方式中，所述延时模块的光纤长度与所述保偏光纤环的保偏光纤长度正相关。

在本申请的一些实施方式中，所述第一偏振光通路包括第一Y波导和第一偏振分束合束器；所述第一Y波导的单独端连接所述第一偏振光通路的输入端，所述第一Y波导的两分支端中的一者连接所述第一偏振分束合束器的第一分束端，另一者连接所述第二偏振分束合束器的第一分束端；所述第一偏振分束合束器的合束端连接所述第一偏振光通路的输出端；

所述第二偏振光通路包括第二Y波导和第二偏振分束合束器；所述第二Y波导的单独端连接所述第二偏振光通路的输入端，所述第二Y波导的两分支端中的一者连接所述第一偏振分束合束器的第二分束端，另一者连接所述第二偏振分束合束器的第二分束端；所述第二偏振分束合束器的合束端连接所述第二偏振光通路的输出端。

在本申请的一些实施方式中，所述第一偏振光通路还包括第一环形器和第一光电探测器，所述第一环形器的第一端为所述第一偏振光通路的输入端，所述第一环形器的第二端连接所述第一Y波导的输入端；所述第一光电探测器的输入端与所述第一环形器的第三端相连；

所述第二偏振光通路还包括第二环形器和第二光电探测器，所述第二环形器的第一端为所述第二偏振光通路的输入端，所述第二环形器的第二端连接所述第二Y波导的输入端；所述第二光电探测器的输入端与所述第二环形器的第三端相连。

在本申请的一些实施方式中，所述光纤光纤陀螺仪还包括信号发生器，所述信号发生器的输出端连接所述第一Y波导和所述第二Y波导的电信号输入端，所述信号发生器向所述第一偏振分束合束器的第一分束端和第二分束端分别施加第一调制信号和第二调制信号，以及向所述第二偏振分束合束器的第一分束端和第二分束端分别施加第一调制信号和第二调制信号，其中所述第一调制信号和所述第一调制信号的相位相反。

在本申请的一些实施方式中，所述第一调制信号和所述第二调制信号的频率为所述保偏光纤环的本征频率或所述保偏光纤环的本征频率的奇次倍频。

在本申请的一些实施方式中，所述第一Y波导、所述第二Y波导的消光比均不小于85dB。

在本申请的一些实施方式中，所述起偏器从所述光源输出的光信号中产生一偏振光，并将所述偏振光输出至所述消偏器；

所述消偏器产生第一偏振光和第二偏振光，并将所述第一偏振光和所述第二偏振光合为一束检测光输出至所述耦合器，其中所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振态正交；

所述耦合器产生两束所述检测光，并将两束所述检测光分别输出至所述第一Y波导和所述第二Y波导；

所述第一Y波导产生两束第一偏振光，并将两束第一偏振光中的一束输出至所述第一偏振分束器第一分束端，另一束输出至所述第二偏振分束合束器的第一分束端；

所述第二Y波导产生两束第二偏振光，并将两束第二偏振光中的一束输出至所述第一偏振分束器第二分束端，另一束输出至所述第二偏振分束合束器的第二分束端；

所述第一偏振分束合束器将经其合束端输入的所述第一偏振光和所述第二偏振光分别对应输出至所述第一Y波导和所述第二Y波导；

所述第二偏振分束合束器将经其合束端输入的所述第一偏振光和所述第二偏振光分别对应输出至所述第一Y波导和所述第二Y波导。

相较于现有技术，本申请提供的单光源双偏振的光纤陀螺仪，起偏器从所述光源输出的光信号中产生一偏振光，消偏器利用偏振光产生第一偏振光和第二偏振光，从而能够很好的保证第一偏振光和第二偏振光的功率均衡。同时，利用延时模块使得输入至第一偏振光通路的检测光和输入第二偏光通路的检测光之间有相位差，也就是使得第一偏振光和第二偏振光之间有相位差，故能降低耦合光和主轴光(即第一偏振光和第二偏振光)之间的干涉效果，使光纤陀螺仪的两个偏振态都得到更好使用，从而降低耦合光和主轴光的干涉对顺时针、逆时针传输的主轴干涉的影响，即降低了由于第一偏振光和第二偏振光在光路传输过程中的偏振交叉耦合噪声分量，大大提高了光纤陀螺仪的零偏性能，提高了检测精度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了光纤陀螺仪的最小互易性结构的示意图；

图2示出了本申请的一些实施方式所提供的一种单光源双偏振的光纤陀螺仪的结构示意图；

图3示出了本申请的一些实施方式所提供的一种单光源双偏振的光纤陀螺仪的ASE光源光谱；

图4示出了本申请的一些实施方式所提供的一种单光源双偏振的光纤陀螺仪的ASE光源光谱的自相干函数；

图5示出了本申请的一些实施方式所提供的一种单光源双偏振的光纤陀螺仪的光纤长度不同的延时模块的Allan标准差曲线对比图；

图6示出了本申请的一些实施方式所提供的一种单光源双偏振的光纤陀螺仪的Y波导的等效图；

其中，附图标记为：20、延时模块；21、光源；22、起偏器；23、消偏器；24、耦合器；2a、第一偏振光通路；2b、第二偏振光通路；25、保偏光纤环；261、第一环形器；262、第二环形器；271、第一Y波导；272、第二Y波导；2701、单独端；2702、分支端；2703、电信号输入端；281、第一偏振分束合束器；282、第二偏振分束合束器；291、第一光电探测器；292、第二光电探测器；210、信号发生器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。

另外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请实施例提供一种单光源双偏振的光纤陀螺仪，下面结合实施例及附图进行示例性说明。

如图2所示，本申请的单光源双偏振的光纤陀螺仪，可以包括：光源21、起偏器22、消偏器23、耦合器24、第一偏振光通路2a、第二偏振光通路2b、保偏光纤环25。其中，光源21、起偏器22、消偏器23、耦合器24依次串接，耦合器24的输出端连接并联的第一偏振光通路2a和第二偏振光通路2b的输入端，第一偏振光通路2a和第二偏振光通路2b的输出端连接保偏光纤环25；耦合器24的输出端和第二偏振光通路2b的输入端之间串接有延时模块20。

其中，起偏器22，可以从光信号中分离出偏振光。消偏器23可以调制偏振光的偏振度。延时模块20，可以对通过它的光信号进行延时处理，延时模块20用于使输出至第二偏振光通路2b的光信号和输出至第一偏振光通路2a的光信号有相位差。

第一偏振光通路2a和第二偏振光通路2b的输出端连接保偏光纤环25的两端，即保偏光纤环25有两端口，第一端和第二端，第一偏振光通路2a的输出端与保偏光纤环25的第一端相连，第二偏振光通路2b的输出端与保偏光纤环25的第二端相连。

本实施例的光纤陀螺仪的工作时，首先，起偏器22从光源21输出的光信号中产生一偏振光，并将偏振光输出至消偏器23；消偏器23利用偏振光产生第一偏振光和第二偏振光，并将第一偏振光和第二偏振光合为一束检测光输出至耦合器24。而后，耦合器24产生两束检测光，并将两束检测光分别输出至第一偏振光通路2a和第二偏振光通路2b；输出至第二偏振光通路2b的检测光经延时模块20输入至第二偏振光通路2b；而后，第一偏振光通路2a根据检测光产生两束第一偏振光，两束第一偏振光中的一束由保偏光纤环25的第一端输入，并由保偏光纤环25的第二端输出，以实现第一偏振光在光纤陀螺仪中的顺时针传输；两束第一偏振光中的另一束由第二偏振光通路2b的输出端输入保偏光纤环25的第二端，并由保偏光纤的第一端输出，以实现第一偏振光在光纤陀螺仪中的逆时针传输。同样地，第二偏振光通路2b根据检测光产生两束第二偏振光，两束第二偏振光中的一束由保偏光纤环25的第一端输入，并由保偏光纤环25的第二端输出，以实现第二偏振光在光纤陀螺仪中的顺时针传输；两束第二偏振光中的另一束由第二偏振光通路2b的输出端输入保偏光纤环25的第二端，并由保偏光纤的第一端输出，以实现第二偏振光在光纤陀螺仪中的逆时针传输。最后，采集第一偏振光、第二偏振光在光纤陀螺仪中传输时所产生的检测信号，解调该检测信号即可得到光纤陀螺仪的转动角速度。

其中，对第一偏振光通路2a输出的检测信号和第二偏振光通路2b输出的检测信号进行加权平均，得到光纤陀螺仪的检测信号。

相较于现有技术，本申请实施例提供的单光源21双偏振的光纤陀螺仪，起偏器22从光源21输出的光信号中产生一偏振光，第一偏振光和第二偏振光是消偏器23一同产生的，从而能够很好的保证第一偏振光和第二偏振光的功率均衡。同时，利用延时模块20使得输入至第一偏振光通路2a的检测光和输入第二偏光通路的检测光之间有相位差，也就是使得第一偏振光和第二偏振光之间有相位差，故能降低耦合光和主轴光(即第一偏振光和第二偏振光)之间的干涉效果，使光纤陀螺仪的两个偏振态都得到更好使用，从而降低耦合光和主轴光的干涉对顺时针、逆时针传输的主轴干涉的影响，即降低了由于第一偏振光和第二偏振光在光路传输过程中的偏振交叉耦合噪声分量，大大提高了光纤陀螺仪的零偏性能，提高了检测精度。

更进一步地，光源21的带宽、波长稳定性、输出功率、寿命等对于光纤陀螺的性能有着非常重要的影响。光纤陀螺必须要采用宽谱光源21，而且存在谱宽越宽性能越好的可能性，因为更宽的谱宽意味着更短的相干长度，可以减少背向瑞利散射光波与主光波相干涉带来的噪声。

因此，在本实施例中，光源21可以采用宽带掺铒超荧光光纤光源(ASE)，宽带掺铒超荧光光纤光源(ASE)的光源理论基础主要是掺铒光纤的光放大原理，用特定波长的半导体激光器泵浦掺铒光纤后光纤内不同能级的铒离子将呈现粒子数反转，高能级原子产生的自发辐射光在光纤内传输时，不断地受激放大，形成放大的自发辐射，实现光纤陀螺所需的超荧光输出，ASE光源光谱如图3所示。自发辐射的特点是各个光波场的相位是不干涉的，光波场的传输方向和偏振态也是无规分布，如图4所示，ASE光源光谱的自相干函数。

在本申请实施例的一些变更实施方式中，延时模块20为单模光纤或保偏光纤。

本实施例中，通过在耦合器24的输出端和第二偏振光通路2b之间设置延时光纤，其可以是单模光纤或者保偏光纤，作用在于将检测光的传输距离增加，从而达到了时间上的延迟。

进一步地，延时模块20的光纤长度与所述保偏光纤环25的保偏光纤长度正相关。

也就是说，保偏光纤环25的保偏光纤长度越长，延时光纤的长度也越长，一般情况下，延时光纤的长度不小于100米。

参见图5，从图中可以看出，本申请光纤陀螺的偏振交叉耦合相位误差得到了明显的抑制，延时模块20的不同长度性能对比验证了上述理论分析。

在本申请实施例的一些变更实施方式中，第一偏振光通路2a包括第一Y波导271和第一偏振分束合束器281；第一Y波导271的单独端2701连接第一偏振光通路2a的输入端，第一Y波导271的两分支端2702中的一者连接第一偏振分束合束器281的第一分束端，另一者连接第二偏振分束合束器282的第一分束端；第一偏振分束合束器281的合束端为第一偏振光通路2a的输出端；

第二偏振光通路2b包括第二Y波导272和第二偏振分束合束器282；第二Y波导272的单独端2701连接第二偏振光通路2b的输入端，第二Y波导272的两分支端2702中的一者连接第一偏振分束合束器281的第二分束端，另一者连接第二偏振分束合束器282的第二分束端；第二偏振分束合束器282的合束端为第二偏振光通路2b的输出端。

本实施例中，光源21输出的光信号的传输过程具体包括：

首先，起偏器22从光源21输出的光信号中分离出一偏振光，并将该偏振光输出至消偏器23；消偏器23利用偏振光产生第一偏振光和第二偏振光，两偏振光相互正交，共同输出至耦合器24；耦合器24产生两束检测光，并将两束检测光分别经第一环形器和第二环形器输出至第一Y波导271和第二Y波导272。

然后，第一Y波导271根据检测光产生两束第一偏振光，两束第一偏振光中的一者经第一偏振分束合束器281输入至保偏光纤环25的第一端，并由保偏光纤环25的第二端输出至第二偏振分束合束器282，即该第一偏振光在保偏光纤环25内进行顺时针传输；该两束第一偏振光中的另一者经第二偏振分束合束器282输入至保偏光纤环25的第二端，并由保偏光纤环25的第一端输出至第一偏振分束合束器281，即该第一偏振光在保偏光纤环25内进行逆时针传输。同样地，第二Y波导272根据检测光产生两束第二偏振光，两束第二偏振光中的一者经第二偏振分束合束器282输入至保偏光纤环25的第二端，并由保偏光纤环25的第一端输出至第一偏振分束合束器281，即该第二偏振光在保偏光纤环25内进行逆时针传输；该两束第二偏振光中的另一者经第一偏振分束合束器281输入至保偏光纤环25的第一端，并由保偏光纤环25的第二端输出至第二偏振分束合束器282，即该第二偏振光在保偏光纤环25内进行顺时针传输。

最后，第一偏振分束合束器281将第一偏振光输出至第一Y波导271，第二偏振光输出至第二Y波导272，顺时针传输的第一偏振光和逆时针传输的第一偏振光在第一Y波导271内发生干涉；同样地，第二偏振分束合束器282将第一偏振光输出至第一Y波导271，第二偏振光输出至第二Y波导272，顺时针传输的第一偏振光和逆时针传输的第一偏振光在第一Y波导271内发生干涉。

具体地，以下具体介绍两个偏振的第一偏振分量和第二偏振分量的光效补偿效应，其中，光纤陀螺仪中光源21为宽谱消偏光源，其中心波长λ＝1550nm，谱宽△λ＝40nm；保偏光纤环25的长度LSMF＝2100m，半径R＝7cm；第一Y波导271和第二任Y波导使用的调制频率均为f＝52K。

从ASE宽谱光源21出射，经过起偏器22和消偏器23均衡后的测试光可以用向量的形式表达如下：

入射场E_in被耦合器24分为两束。耦合器24输出的一臂上经过延时模块20。其引入的相位延迟为

其中为光纤等效折射率，k为波数，L_D为光纤延时线的长度。经过耦合器24和延时模块20的两束光信号可以分别表示为

在本实施例中，如图6所示，Y波导可以等效为一个起偏器、一个耦合器和两个调制器的光路结构。起偏器和耦合器的琼斯矩阵可以表示为：

其中：

表示Y波导的透射系数。

两个偏振分束合束器(PBS/C)的作用是将正交偏振态上的光合为一束并送入保偏光纤环25中进行传播。并且在绕环传播完后，又将正交偏振态上的光分束送回各自偏振态上的不同Y波导中去。

在实施例中，可以将保偏光纤环25等效为M段保偏光纤，用K(k_n)表示每段保偏光纤的传输矩阵，这样保偏光纤环25顺时针(CW)和逆时针(CCW)的传输矩阵可以表示为：

在本实施例中，采用第一光电探测器291(PD1)检测到达第一Y波导271的干涉信号，采用第二光电探测器292(PD2)检测到达第二Y波导272的干涉信号，到达第一光电探测器291和第二光电探测器292的光场可以表示为：

可以看出，按光的偏振态分类，每个光电探测器(PD)都会接收到8种类型的光，定义与光源21相接的分束器两个端口i(i＝1,2)出射时偏振态为m，到达PD_j(j＝1,2)时偏振态为n的光写为E_imjn。

按照以下两条原则来分析到达每个光电探测器(PD)的8种光波：

1.由于Y波导的高消光比，通过两次Y波导抑制轴的光可以被忽略；

2.通过一次Y波导的抑制轴，但不能与信号光干涉的光也可以被忽略。

以第一光电探测器291(PD1)为例，互易的主光是E_1x1x，它从耦合器24的第一端入射，沿着x轴传播，返回到第一光电探测器291(PD1)。从耦合器24的第一端入射，从y轴偏振耦合到x轴偏振的耦合光E_1y1x通过了第一Y波导的抑制轴，但是可以和主轴光干涉。对于互易光E_1y1y，因为它经过了2次第一Y波导271的抑制轴。耦合光E_1x1y经过了一次第一Y波导的抑制轴，但是它不能和主轴光干涉，不能引起明显的噪声，因此可以被忽略。主要的耦合光是来自耦合器24的第二端的耦合光E_2y1x，它分别经过了第一Y波导271和第二Y波导272的工作轴。这项耦合光E_2y1x会和主轴光干涉，同时，耦合光E_2y1x的顺时针光波和逆时针光波之间也会相互干涉，这就是双偏振结构引入的偏振非互易噪声。耦合波E_2x1x经过了第二Y波导272的抑制轴，但是可以和主轴光干涉。耦合波E_2x1y经过了两次抑制轴可以被忽略，耦合波E_2y1y经过了一次抑制轴但不会和主光波干涉，故也可以忽略。因此最后再两个光带探测器上探测到的光波如下式：

这些光波相互干涉，两个光电探测器上探测到的光强为：

I_PD1＝D.C.+I_p1+I_a1+I_b1+I_c1+I_d1+I_h1

I_PD2＝D.C.+I_p2+I_a2+I_b2+I_c2+I_d2+I_h2

其中I_p1,2为主轴光干涉信号，I_a1,2表示主轴光和单偏振耦合波之间的干涉，I_b1,2表示双偏振结构引入的一类噪声，如E_2y1x与E_2y1x，I_c1,2表示的双偏振结构的另一类噪声，如E_2x1x与E_2y1x干涉，I_d1,2来自双偏振耦合波之间的干涉，I_h1,2携带有高阶偏振非互易噪声的干涉结果。

由于高阶噪声明显低于强度型偏振非互易噪声，这些项可以被忽略。其中I_b1,2和I_c1,2都与两个端口光信号的相干度有一定关系，通过在其中一路增加延时模块20，将会降低之间的相干性，这两项的噪声可以同时得到抑制。

在本实施例中，I_di1和I_di2表示双偏振耦合偏振分量(E_2y1x,E_1x2y)的干涉项，I_di1和I_di2可以表示为：

其中：K₁和K₂分别表示I_di1和I_di2的干涉强度系数；φ_err1和φ_err2是由双偏振耦合偏振分量带来的双偏振强度型偏振非互易误差，它们在两个光电探测器上具有相反的符号，φ_mod1(t)和φ_mod2(t)是有正弦调制信号带来的偏置相位，可以表示为：

其中，Δθ_m＝θ₁-θ2，表示两个Y波导的正弦调制信号的初始相位之差。

当两路的一致性较好、功率较均衡时，可以认为K₁＝K₂，此时I_di1和I_di2相加可得：

I_di＝I_di1(t)+I_di2(t)＝2K₁cosφ_err1cos[φ_s+φ_mod1]

通过将两个光电探测器的信号相加，双偏振强度型误差被完全补偿掉了。

在本申请实施例的一些变更实施方式中，光纤陀螺仪还包括信号发生器210，信号发生器210的输出端连接第一Y波导271和第二Y波导272的电信号输入端2703，信号发生器210向第一偏振分束合束器281的第一分束端和第二分束端分别施加第一调制信号和第二调制信号，以及向第二偏振分束合束器282的第一分束端和第二分束端分别施加第一调制信号和第二调制信号，其中第一调制信号和第二调制信号的相位相反。

通常情况下，陀螺的Sagnac相移信号(即顺时针传输的第一偏振光和逆时针传输的第一偏振光的相位差、顺时针传输的第二偏振光和逆时针传输的第二偏振光的相位差)是非常微小的，为了从强噪声中提取出微弱的有用信号，通过加调制信号产生一个固定的偏置相位的办法来提高灵敏度。

在本申请实施例的一些变更实施方式中，第一调制信号和第二调制信号的相位之差为π。

进一步地，调制信号使用的可以是正弦信号或方波调制信号。

光纤陀螺仪实际工作中，由于外界环境的扰动，两路很难保持比较好的一致性和功率均衡，这会大大降低补偿的效果，影响光纤陀螺仪的精度。以使用的是开环解调常用的谐波解调为例，双偏振强度型误差在解调结果上带来的误差可以表示为：

其中J₁是一阶第一类贝塞尔函数。

可以看出：当Δθ_m＝π时，φ_dem＝0。这表明：当两个Y波导的正弦调制信号的初始相位之差为π，即相位相反时，双偏振强度型相位误差可以完全被消除。

在本申请实施例的一些变更实施方式中，第一调制信号和第二调制信号的频率是保偏光纤环的本征频率或保偏光纤环的本征频率的奇次倍频。

原则上，随着保偏光纤环25长度的增加，其本征频率将会越来越低，通过采集保偏光纤环25的信号并做频谱分析后，发现信号频谱并不平坦，低频的噪声明显高于高频部分，对于大型保偏光纤环25(如光纤长度大于2千米)而言，其调制频率相较于小型保偏光纤环25会低很多，会落入1/f噪声较高的低频部分(30km的保偏光纤环25的额本征频率为3.3kHz)，这将大大影响陀螺的短时游走性能，劣化探测灵敏度，热相位噪声的影响在超大高精度光纤陀螺中不可忽视。

在本实施例中，以本征频率的奇次倍频作为调制频率，将调制频率搬移至宽带噪声频段，从而可以大幅降低噪底，提高光纤陀螺的短时游走性能。

在本实施例中，光电探测器解调方法使用的可以是开环陀螺中常用的谐波解调，通过提取干涉信号的1、2、3、4谐波获取转动信号，由于偏振交叉耦合的偏振分量的干涉结果被搬移到低频部分，因此这部分噪声得到了消除。

在本申请实施例的一些变更实施方式中，第一偏振光通路2a还包括第一环形器261和第一光电探测器291，第一环形器261的第一端为第一偏振光通路2a的输入端，第一环形器261的第二端连接第一Y波导的输入端；第一光电探测器291的输入端与第一环形器261的第三端相连；

第二偏振光通路2b还包括第二环形器262和第二光电探测器292，第二环形器262的第一端为第二偏振光通路2b的输入端，第二环形器262的第二端连接第二Y波导的输入端；第二光电探测器292的输入端与第二环形器262的第三端相连。

其中，环形器是一个多端器件，光信号在环形器中的传输只能沿单方向环行。

在本实施例中，在实现光信号按照预定的路径传输的前提下，简化了光纤陀螺仪的硬件结构。

进一步地，第一偏振分束合束器281的输出端是第一偏振光通路的输出端；第二偏振分束合束器282的输出端是第二偏振光通路的输出端。

在本申请实施例的一些变更实施方式中，第一Y波导271、第二Y波导272的消光比均不小于85dB。

本实施例中，使用了高消光比的偏振分束合束器，对两偏振态的光进行消相干处理，能有效的消除高阶偏振光带来的非互易误差，提高反向调制的效果。

更优选地，第一Y波导271和第二Y波导272地性能相近。

需要说明的是，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种单光源双偏振的光纤陀螺仪，其特征在于，包括：

光源、起偏器、消偏器、耦合器、第一偏振光通路、第二偏振光通路、保偏光纤环；其中，

所述光源、起偏器、消偏器、耦合器依次串接，所述耦合器的输出端连接并联的第一偏振光通路和第二偏振光通路的输入端，所述第一偏振光通路和第二偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环；

所述耦合器的输出端和所述第二偏振光通路的输入端之间串接有延时模块。

2.根据权利要求1所述的单光源双偏振的光纤陀螺仪，其特征在于，所述延时模块为单模光纤或保偏光纤。

3.根据权利要求2所述的单光源双偏振的光纤陀螺仪，其特征在于，所述延时模块的光纤长度与所述保偏光纤环的保偏光纤长度正相关。

4.根据权利要求1所述的单光源双偏振的光纤陀螺仪，其特征在于，

所述第一偏振光通路包括第一Y波导和第一偏振分束合束器；所述第一Y波导的单独端连接所述第一偏振光通路的输入端，所述第一Y波导的两分支端中的一者连接所述第一偏振分束合束器的第一分束端，另一者连接所述第二偏振分束合束器的第一分束端；所述第一偏振分束合束器的合束端连接所述第一偏振光通路的输出端；

所述第二偏振光通路包括第二Y波导和第二偏振分束合束器；所述第二Y波导的单独端连接所述第二偏振光通路的输入端，所述第二Y波导的两分支端中的一者连接所述第一偏振分束合束器的第二分束端，另一者连接所述第二偏振分束合束器的第二分束端；所述第二偏振分束合束器的合束端连接所述第二偏振光通路的输出端。

5.根据权利要求4所述的单光源双偏振的光纤陀螺仪，其特征在于，

所述第一偏振光通路还包括第一环形器和第一光电探测器，所述第一环形器的第一端为所述第一偏振光通路的输入端，所述第一环形器的第二端连接所述第一Y波导的输入端；所述第一光电探测器的输入端与所述第一环形器的第三端相连；

所述第二偏振光通路还包括第二环形器和第二光电探测器，所述第二环形器的第一端为所述第二偏振光通路的输入端，所述第二环形器的第二端连接所述第二Y波导的输入端；所述第二光电探测器的输入端与所述第二环形器的第三端相连。

6.根据权利要求4所述的单光源双偏振的光纤陀螺仪，其特征在于，所述光纤光纤陀螺仪还包括信号发生器，所述信号发生器的输出端连接所述第一Y波导和所述第二Y波导的电信号输入端，所述信号发生器向所述第一偏振分束合束器的第一分束端和第二分束端分别施加第一调制信号和第二调制信号，以及向所述第二偏振分束合束器的第一分束端和第二分束端分别施加第一调制信号和第二调制信号，其中所述第一调制信号和所述第一调制信号的相位相反。

7.根据权利要求6所述的单光源双偏振的光纤陀螺仪，其特征在于，所述第一调制信号和所述第二调制信号的频率为所述保偏光纤环的本征频率或所述保偏光纤环的本征频率的奇次倍频。

8.据权利要求4所述的单光源双偏振的光纤陀螺仪，其特征在于，所述第一Y波导、所述第二Y波导的消光比均不小于85dB。

9.根据权利要求4至8任一所述的单光源双偏振的光纤陀螺仪，其特征在于，

所述起偏器从所述光源输出的光信号中产生一偏振光，并将所述偏振光输出至所述消偏器；

所述消偏器产生第一偏振光和第二偏振光，并将所述第一偏振光和所述第二偏振光合为一束检测光输出至所述耦合器，其中所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振态正交；

所述耦合器产生两束所述检测光，并将两束所述检测光分别输出至所述第一Y波导和所述第二Y波导；

所述第一Y波导产生两束第一偏振光，并将两束第一偏振光中的一束输出至所述第一偏振分束器第一分束端，另一束输出至所述第二偏振分束合束器的第一分束端；

所述第二Y波导产生两束第二偏振光，并将两束第二偏振光中的一束输出至所述第一偏振分束器第二分束端，另一束输出至所述第二偏振分束合束器的第二分束端；

所述第一偏振分束合束器将经其合束端输入的所述第一偏振光和所述第二偏振光分别对应输出至所述第一Y波导和所述第二Y波导；

所述第二偏振分束合束器将经其合束端输入的所述第一偏振光和所述第二偏振光分别对应输出至所述第一Y波导和所述第二Y波导。

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