CN114264296B - 一种用于双轴光纤陀螺的集成光收发模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于双轴光纤陀螺的集成光收发模块，包括：集成光收发模块分为上下两层结构，下层为光路部分，上层为电路部分；光路部分包括集成硅基芯片，集成硅基芯片的端口1为输入尾纤端，与双轴光纤陀螺中的SLD光源相连；集成硅基芯片的端口2和3为输出尾纤端，分别与不同的Y波导相位调制器相连；集成硅基芯片的端口4和5的输出端分别与两个PIN光电二极管耦合；两个PIN光电二极管均与电路部分电连。本发明取代了传统的分立元件结构，大大减小了分立器件的尺寸空间，实现了光纤陀螺的小型化。

Description

一种用于双轴光纤陀螺的集成光收发模块

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，更具体的说是涉及一种用于双轴光纤陀螺的集成光收发模块。

背景技术

光纤陀螺(FOG)是以Sagnac效应为原理的新一代角速度传感器。相比其竞争对手激光陀螺，光纤陀螺以其高精度潜力大、全固态、没有转动部件和摩擦部件、寿命长、动态范围大、可瞬时启动、结构简单、尺寸小、重量轻、易于批量化生产等优点，已经成为新一代惯性制导测量系统中的主导器件。经过许多年的发展，制约光纤陀螺技术发展的各种关键问题已经逐步得到解决，陀螺精度水平及应用性能不断提高，在舰载导航系统、陆用战车导航定位定向系统、飞机惯导系统、导弹惯性导航制导系统、空间平台或载荷的姿态控制系统中得到广泛的应用。

FOG的光路部分包含SLD光源、单模耦合器、Y波导相位调制器、光纤环和光电探测器五大光学器件；电路部分分为光源驱动电路、前置放大电路、AD及DA转换电路和信号检测电路四大部分，如图1所示。

其中轻小型、低成本是光纤陀螺的一个重要发展方向，用以取代MEMS陀螺及液浮陀螺等。目前所用光学器件的尺寸虽然都有所减小，但各个分立器件组合起来的尺寸仍然不能够满足一些小型化应用场合的需求。

因此，如何提供一种减小了分立器件尺寸空间的用于双轴光纤陀螺的集成光收发模块是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于双轴光纤陀螺的集成光收发模块，取代了传统的分立元件结构，大大减小了分立器件的尺寸空间，实现了光纤陀螺的小型化。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于双轴光纤陀螺的集成光收发模块，所述集成光收发模块分为上下两层结构，下层为光路部分，上层为电路部分；光路部分包括集成硅基芯片，所述集成硅基芯片的端口1为输入尾纤端，与双轴光纤陀螺中的SLD光源相连；所述集成硅基芯片的端口2和3为输出尾纤端，分别与不同的Y波导相位调制器相连；所述集成硅基芯片的端口4和5的输出端分别与两个PIN光电二极管耦合；两个PIN光电二极管均与电路部分电连。

优选的，采用单个的光纤阵列与输入尾纤端耦合后，与双轴光纤陀螺中的SLD光源连接，提供输入光信号。

优选的，采用两个单个的光纤阵列或一个两端口的光纤阵列与输出尾纤端耦合后，分别与不同的Y波导相位调制器连接。

优选的，所述电路部分采用光电转换电路，两个PIN光电二极管均与所述光电转换电路相连，光电转换电路的输出端与双轴光纤陀螺的信号检测电路相连。

优选的，所述光电转换电路包括高速运算放大器U1和MOS管J1，所述PIN光电二极管的正极连接输入电压的负极，所述PIN光电二极管的负极连接MOS管的栅极；MOS管J1的源极分别与高速运算放大器U1的引脚2、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与输入电压的负极相连，MOS管J1的漏极通过电阻R2与输入电压的正极相连；高速运算放大器U1的引脚6为输出端Vout1。

优选的，PIN光电二极管的负极还连接有电容电阻并联电路，所述电容电阻并联电路另一端与所述高速运算放大器U1的引脚6相连。

优选的，所述电容电阻并联电路包括电阻R1、电阻R1-1、电阻R1-2、电容C1和电容C1-1，所述电阻R1、所述电阻R1-1、所述电阻R1-2、所述电容C1和所述电容C1-1间均并联连接。

本发明的有益效果在于：

本发明中的集成光收发模块将多个光纤阵列、两个PIN光电二极管及光电转换电路集成在一个模块中，取代了传统的分立元件结构，大大减小了分立器件的尺寸空间，并且减少了光纤尾纤数量和光路熔接点的个数，降低了工艺装配的复杂度，节约了生产成本和生产时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为现有的光纤陀螺的结构示意图。

图2附图为本发明集成光收发模块的光路部分的结构图。

图3附图为本发明集成光收发模块的电路部分的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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做出创造性劳动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。

请参阅附图2，本发明提供了一种用于双轴光纤陀螺的集成光收发模块，集成光收发模块分为上下两层结构，下层为光路部分，上层为电路部分；光路部分采用硅光学集成化方案，采用硅基作为衬底，采用Y分支结构来实现分光和合光功能；光路部分包括集成硅基芯片，集成硅基芯片的端口1为输入尾纤端，与双轴光纤陀螺中的SLD光源相连；集成硅基芯片的端口2和3为输出尾纤端，分别与不同的Y波导相位调制器相连；集成硅基芯片的端口4和5的输出端分别与两个PIN光电二极管耦合，接收集成硅基芯片返回的光信号；两个PIN光电二极管均与电路部分电连，实现光电转换和信号前置放大功能。

本实施例中，采用单个的光纤阵列与输入尾纤端耦合后，与双轴光纤陀螺中的SLD光源连接，提供输入光信号。

本实施例中，采用两个单个的光纤阵列或一个两端口的光纤阵列与输出尾纤端耦合后，分别与不同的Y波导相位调制器连接。

本实施例中，电路部分采用光电转换电路，两个PIN光电二极管均与光电转换电路相连，光电转换电路的输出端与双轴光纤陀螺的信号检测电路相连。

参考附图3，光电转换电路包括高速运算放大器U1和MOS管J1，PIN光电二极管的正极连接输入电压的负极，PIN光电二极管的负极连接MOS管的栅极；MOS管J1的源极分别与高速运算放大器U1的引脚2、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与输入电压的负极相连，MOS管J1的漏极通过电阻R2与输入电压的正极相连；高速运算放大器U1的引脚6为输出端Vout1；高速运算放大器U1的3引脚接地；高速运算放大器U1的4引脚接电容C3的一端，电容C3的另一端接地；高速运算放大器U1的7引脚接电容C5的一端，电容C5的另一端接地；高速运算放大器U1的5引脚接电容C4的一端，电容C4的另一端接地。

本实施例中，PIN光电二极管的负极还连接有电容电阻并联电路，电容电阻并联电路另一端与高速运算放大器U1的引脚6相连。

电容电阻并联电路包括电阻R1、电阻R1-1、电阻R1-2、电容C1和电容C1-1，电阻R1、电阻R1-1、电阻R1-2、电容C1和电容C1-1间均并联连接。

本发明中的集成光收发模块将多个光纤阵列、两个PIN光电二极管及光电转换电路集成在一个模块中，用于双轴光纤陀螺，实现分光、合光、光电转换以及信号放大功能。取代了传统的分立元件结构，大大减小了分立器件的尺寸空间，对进一步实现光纤陀螺小型化具有重要的意义；并且减少了光纤尾纤数量和光路熔接点的个数，降低了工艺装配的复杂度，节约了生产成本和生产时间。解决了现有的双轴光纤陀螺采用的都是分立的光学元器件，分立器件占用空间较大，并且每个分立器件的器件尾纤较多，需要进行熔接盘纤，导致光纤陀螺装配工艺复杂，且成品率不高，增加生产成本和生产时间的技术问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种用于双轴光纤陀螺的集成光收发模块，其特征在于，所述集成光收发模块分为上下两层结构，下层为光路部分，上层为电路部分；光路部分包括集成硅基芯片，所述集成硅基芯片的端口1为输入尾纤端，与双轴光纤陀螺中的SLD光源相连；所述集成硅基芯片的端口2和3为输出尾纤端，分别与不同的Y波导相位调制器相连；所述集成硅基芯片的端口4和5的输出端分别与两个PIN光电二极管耦合；两个PIN光电二极管均与电路部分电连；

采用单个的光纤阵列与输入尾纤端耦合后，与双轴光纤陀螺中的SLD光源连接，提供输入光信号；

采用两个单个的光纤阵列或一个两端口的光纤阵列与输出尾纤端耦合后，分别与不同的Y波导相位调制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于双轴光纤陀螺的集成光收发模块，其特征在于，所述电路部分采用光电转换电路，两个PIN光电二极管均与所述光电转换电路相连，光电转换电路的输出端与双轴光纤陀螺的信号检测电路相连。

3.根据权利要求2所述的一种用于双轴光纤陀螺的集成光收发模块，其特征在于，所述光电转换电路包括高速运算放大器U1和MOS管J1，所述PIN光电二极管的正极连接输入电压的负极，所述PIN光电二极管的负极连接MOS管的栅极；MOS管J1的源极分别与高速运算放大器U1的引脚2、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与输入电压的负极相连，MOS管J1的漏极通过电阻R2与输入电压的正极相连；高速运算放大器U1的引脚6为输出端Vout1。

4.根据权利要求3所述的一种用于双轴光纤陀螺的集成光收发模块，其特征在于，PIN光电二极管的负极还连接有电容电阻并联电路，所述电容电阻并联电路另一端与所述高速运算放大器U1的引脚6相连。

5.根据权利要求4所述的一种用于双轴光纤陀螺的集成光收发模块，其特征在于，所述电容电阻并联电路包括电阻R1、电阻R1-1、电阻R1-2、电容C1和电容C1-1，所述电阻R1、所述电阻R1-1、所述电阻R1-2、所述电容C1和所述电容C1-1间均并联连接。

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