CN115235445A - 高精度低噪声消偏型光纤陀螺及干涉光谱调制度抑制方法 - Google Patents

高精度低噪声消偏型光纤陀螺及干涉光谱调制度抑制方法 Download PDF

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CN115235445A CN202210864457.1A CN202210864457A CN115235445A CN 115235445 A CN115235445 A CN 115235445A CN 202210864457 A CN202210864457 A CN 202210864457A CN 115235445 A CN115235445 A CN 115235445A
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Abstract

本发明属于光纤陀螺领域，具体涉及了一种高精度低噪声消偏型光纤陀螺及干涉光谱调制度抑制方法，旨在解决现有的消偏光纤陀螺由于光纤敏感环输出光谱调制，引起噪声和漂移的问题。本发明包括：宽谱光源、耦合器、消偏光纤敏感环路和探测器组件，其中消偏光纤敏感环路包括Y波导调制器、第一保偏光纤消偏器、第二保偏光纤消偏器和单模光纤环，第一保偏光纤消偏器包括Y波导调制器的第一保偏尾纤和带有同种保偏尾纤的第一直波导位相调制器，第二保偏光纤消偏器包括Y波导调制器的第二保偏尾纤和同种的第二保偏光纤。本发明能有效降低消偏型光纤陀螺的噪声和零漂，同时降低成本、提高环境适应性。

Description

高精度低噪声消偏型光纤陀螺及干涉光谱调制度抑制方法
技术领域
本发明属于光纤陀螺领域，具体涉及了一种高精度低噪声消偏型光纤陀螺及干涉光谱调制度抑制方法。
背景技术
消偏型光纤陀螺是一种采用单模光纤环和保偏光纤消偏器的干涉型光纤陀螺，具有成本低、抗辐射能力、磁场敏感性低等优点。保偏光纤消偏器是消偏型光纤陀螺中的关键光学器件，一般由长度比为1:2的两段保偏光纤以45°偏振主轴夹角熔接构成，且较短的保偏光纤长度要大于去相干长度。
在典型消偏型光纤陀螺中，采用两个保偏光纤消偏器放置在单模光纤环的两端，使进入单模光纤环的光束实现消偏，抑制了大部分偏振误差。1999年美国Honeywell公司B.Szafraniec等人从偏振态演变的思路出发，通过推导消偏光纤敏感环路的传递函数获得其输出模型，得到了调制光谱谱形，同时认为只要保偏光纤消偏器具有足够的长度，就可忽略光谱调制对陀螺性能的影响[1]。
然而由多段保偏光纤和单模光纤环组成的消偏光纤敏感环路实际是典型的Sagnac偏光干涉仪，调制光谱实质上是Sagnac偏光干涉仪的输出干涉信号。消偏光纤敏感环路中保偏光纤和单模光纤的折射率和长度都容易受到外界环境影响而发生变化，会使调制光谱产生波动，从而使得消偏型光纤陀螺产生噪声和漂移。
以下文献是与本发明相关的技术背景资料：
[1]B.Szafraniec,et al.Theory of Polarization Evolution inInterferometric Fiber-Optic Depolarized Gyros,Journal of LightwaveTechnology,1999,17(4):579-590
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即现有的消偏光纤陀螺由于光纤敏感环输出光谱调制，引起噪声和漂移的问题，本发明提供了一种高精度低噪声消偏型光纤陀螺，包括宽谱光源、耦合器、消偏光纤敏感环路和探测器组件，所述消偏光纤敏感环路包括Y波导调制器、第一保偏光纤消偏器、第二保偏光纤消偏器和单模光纤环；
所述第一保偏光纤消偏器包括Y波导调制器的第一保偏尾纤和第一直波导位相调制器；所述第一直波导位相调制器的保偏尾纤与所述第一保偏尾纤为相同类型；
所述第二保偏光纤消偏器包括Y波导调制器的第二保偏尾纤和第二保偏光纤；所述第二保偏光纤与所述第二保偏尾纤为相同类型。
在一些优选的实施例中，所述第二保偏光纤消偏器，其第二保偏光纤还可以设置为第二直波导位相调制器；所述第二直波导位相调制器的保偏尾纤与所述第二保偏尾纤为相同类型。
在一些优选的实施例中，所述第一直波导位相调制器或所述第二直波导位相调制器，其高频调制信号为正弦波、三角波或其他随机波形。
在一些优选的实施例中，所述高频调制信号，其信号频率为大于所述消偏光纤敏感环路的特征频率的设定倍数，且为所述消偏光纤敏感环路的特征频率的偶数倍，调制位相幅度大于π/2。
在一些优选的实施例中，所述第一直波导位相调制器，其芯片对应的两段保偏尾纤以0度偏振主轴夹角耦合，两段保偏尾纤长度之和为所述第一保偏尾纤长度的2倍，且所述第一保偏尾纤长度大于保偏光纤的消偏长度；
所述第二直波导位相调制器，其芯片对应的两段保偏尾纤以0度偏振主轴夹角耦合，两段保偏尾纤长度之和为所述第二保偏尾纤长度的2倍，且所述第二保偏尾纤长度大于保偏光纤的消偏长度。
本发明的另一方面，提出了一种高精度低噪声消偏型光纤陀螺的干涉光谱调制度抑制方法，当高频位相调制信号施加到直波导位相调制器时，将产生随时间变化的双折射位相调制，使光谱调制因子M(λ，t)中各种偏光干涉成分的位相随时间发生快速变化。对M(λ，t)进行贝塞尔展开分析，当调制频率远大于光纤环本征频率时，M(λ，t)中随时间变化的高频成分时间平均值将为零，且当调制频率为本征频率偶数倍时，光纤环延迟产生的顺逆时针调制信号之差为零，不会引入非互易相移，此时双折射位相调制幅度取大于π/2的合适值，理论上能使M(λ，t)中随波长变化的项都为零，即可以使消偏光纤敏感环路输出光谱调制度为零，减小由调制光谱导致的噪声和漂移。
所述高精度低噪声消偏型光纤陀螺的干涉光谱调制度抑制方法，具体包括：
步骤S10，在第一直波导位相调制器和/或第二直波导位相调制器上施加高频调制信号，产生随时间变化的双折射位相调制，使得消偏光纤敏感环路的输出光谱的光谱调制因子中各种偏光干涉成分的位相随时间发生变化；
步骤S20，令所述高频调制信号的调制位相幅度为大于π/2的值，令信号频率为大于所述消偏光纤敏感环路的特征频率的设定倍数，且为所述消偏光纤敏感环路的特征频率的偶数倍，获得调制度低于设定阈值的消偏光纤敏感环路输出光谱。
在一些优选的实施例中，所述消偏光纤敏感环路输出光谱，其表示为：
Figure BDA0003757995880000041
其中，Iout(λ，t)代表消偏光纤敏感环路输出光谱，λ代表波长，t代表时间，Iin(λ，t)代表消偏光纤敏感环路输入光谱，
Figure BDA0003757995880000042
代表Sagnac相移，M(λ，t)代表光谱调制因子。
在一些优选的实施例中，若高精度低噪声消偏型光纤陀螺的第二保偏光纤消偏器包括Y波导调制器的第二保偏尾纤和第二保偏光纤，则通过第一调制方法获取所述谱调制因子；若高精度低噪声消偏型光纤陀螺的第二保偏光纤消偏器包括Y波导调制器的第二保偏尾纤和第二直波导位相调制器，则通过第二调制方法获取所述谱调制因子。
在一些优选的实施例中，当高频调制信号为正弦波时，所述通过第一调制方法获取所述谱调制因子，其方法为：
M(λ，t)＝1/2+1/4×sin(2θ1s)sin(2θ2s)cos[2π(ΔnL2+ΔnL4)/λ+Ccos(2πf0t)]+1/4×sin(2θ1s)sin(2θ2s)cos[2π(ΔnL2-ΔnL4)/λ+Ccos(2πf0t)]-1/2×cos2θ1scos2θ2scos[2π(ΔnL2+ΔnL4+ΔnsLs)/λ+Ccos(2πf0t)]-1/2×sin2θ1ssin2θ2scos[2π(ΔnL2+ΔnL4-ΔnsLs)/λ+Ccos(2πf0t)]+1/2×cos2θ1ssin2θ2scos[2π(ΔnL2-ΔnL4+ΔnsLs)/λ+Ccos(2πf0t)]+1/2×sin2θ1scos2θ2scos[2π(ΔnL2-ΔnL4-ΔnsLs)/λ+Ccos(2πf0t)]
其中，θ1s为第一保偏光纤消偏器与单模光纤环熔接点处的偏振主轴夹角，θ2s为第二保偏光纤消偏器与单模光纤环熔接点处的偏振主轴夹角，Δn为保偏光纤的双折射率，Δns为单模光纤环的等效双折射率，L2为第一保偏光纤消偏器中第一直波导位相调制器的两段保偏尾纤长度之和，L4为第二保偏光纤消偏器中第二保偏光纤的长度，Ls为单模光纤环的长度，C为正弦波调制位相幅度，f0为正弦波调制频率。
在一些优选的实施例中，当高频调制信号为正弦波时，所述通过第二调制方法获取所述谱调制因子，其方法为：
M(λ，t)＝1/2+1/4×sin(2θ1s)sin(2θ2s)cos[2π(ΔnL2+ΔnL4s)/λ+2Ccos(2πf0t)]+1/4×sin(2θ1s)sin(2θ2s)cos[2π(ΔnL2-ΔnL4s)/λ+2Ccos(2πf0t)]-1/2×cos2θ1scos2θ2scos[2π(ΔnL2+ΔnL4s+ΔnsLs)/λ+2Ccos(2πf0t)]-1/2×sin2θ1ssin2θ2scos[2π(ΔnL2+ΔnL4s-ΔnsLs)/λ+2Ccos(2πf0t)]+1/2×cos2θ1ssin2θ2scos[2π(ΔnL2-ΔnL4s+ΔnsLs)/λ+2Ccos(2πf0t)]+1/2×sin2θ1scos2θ2scos[2π(ΔnL2-ΔnL4s-ΔnsLs)/λ+2Ccos(2πf0t)]
其中，L4s为第二保偏光纤消偏器中第二直波导位相调制器的两段保偏尾纤长度之和。
本发明的有益效果：
(1)本发明高精度低噪声消偏型光纤陀螺，至少有一个保偏光纤消偏器是由Y波导调制器保偏尾纤和带同种保偏尾纤的直波导位相调制器以45度偏振主轴夹角熔接而成，通过在直波导位相调制器上施加高频位相调制信号，使调制光谱发生随时间的快速变化，可消除消偏光纤敏感环路输出光谱调制度，减小由调制光谱波动引起的噪声和漂移，实现高精度低噪声，并且还能有效减小高精度光纤陀螺的成本和提高环境适应性。
(2)本发明高精度低噪声消偏型光纤陀螺，针对一个保偏光纤消偏器是由Y波导调制器保偏尾纤和带同种保偏尾纤的直波导位相调制器以45度偏振主轴夹角熔接而成，和两个保偏光纤消偏器是由Y波导调制器保偏尾纤和带同种保偏尾纤的直波导位相调制器以45度偏振主轴夹角熔接而成的情况，分别获取光谱调制因子，使得不同结构的高精度低噪声消偏型光纤陀螺均可使消偏光纤敏感环路输出光谱调制度接近零，减小由调制光谱导致的噪声和漂移。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明高精度低噪声消偏型光纤陀螺第一实施例的结构示意图；
图2是本发明高精度低噪声消偏型光纤陀螺第二实施例的结构示意图；
图3是本发明高精度低噪声消偏型光纤陀螺的由Y波导调制器保偏尾纤和带有同种保偏尾纤的直波导位相调制器组成的保偏光纤消偏器的结构示意图；
图4是本发明高精度低噪声消偏型光纤陀螺一种实施例的采用3km长单模光纤环的高精度消偏型光纤陀螺中输入到消偏光纤敏感环路和由消偏光纤敏感环路输出的实测光谱；
图5是本发明高精度低噪声消偏型光纤陀螺一种实施例的采用3km长单模光纤环的高精度消偏型光纤陀螺在施加高频位相调制后由消偏光纤敏感环路输出的实测光谱；
图6是本发明高精度低噪声消偏型光纤陀螺一种实施例的采用3km长单模光纤环的高精度消偏型光纤陀螺在施加高频位相调制的前后静态测试的Allan方差分析曲线；
附图标记说明：
1为宽谱光源，2为耦合器，3为消偏光纤敏感环路，4为探测器组件，5为Y波导调制器，6为第一保偏光纤消偏器，7为第二保偏光纤消偏器，8为单模光纤环，9为Y波导调制器的第一保偏尾纤，10为第一直波导位相调制器，11为Y波导调制器的第二保偏尾纤，12为第二保偏光纤，13为第二直波导位相调制器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明的一种高精度低噪声消偏型光纤陀螺，包括宽谱光源、耦合器、消偏光纤敏感环路和探测器组件，所述消偏光纤敏感环路包括Y波导调制器、第一保偏光纤消偏器、第二保偏光纤消偏器和单模光纤环；
所述第一保偏光纤消偏器包括Y波导调制器的第一保偏尾纤和第一直波导位相调制器；所述第一直波导位相调制器的保偏尾纤与所述第一保偏尾纤为相同类型；
所述第二保偏光纤消偏器包括Y波导调制器的第二保偏尾纤和第二保偏光纤；所述第二保偏光纤与所述第二保偏尾纤为相同类型。
为了更清晰地对本发明高精度低噪声消偏型光纤陀螺进行说明，下面结合附图对本发明实施例中各模块展开详述。
本发明第一实施例的高精度低噪声消偏型光纤陀螺，如图1所示，为本发明高精度低噪声消偏型光纤陀螺第一实施例的结构示意图，高精度低噪声消偏型光纤陀螺包括宽谱光源1、耦合器2、消偏光纤敏感环路3和探测器组件4，其中消偏光纤敏感环路3包括Y波导调制器5、第一保偏光纤消偏器6、第二保偏光纤消偏器7和单模光纤环8，各模块详细描述如下：
第一保偏光纤消偏器7包括Y波导调制器的第一保偏尾纤9和第一直波导位相调制器10，第一直波导位相调制器的保偏尾纤与第一保偏尾纤为相同类型。
第一直波导位相调制器10的高频调制信号为正弦波、三角波或其他随机波形。
高频调制信号，其信号为大于所述消偏光纤敏感环路的特征频率的设定倍数，且为所述消偏光纤敏感环路的特征频率的偶数倍，调制位相幅度大于π/2。
第一直波导位相调制器10，其芯片对应的两段保偏尾纤以0度偏振主轴夹角耦合，两段保偏尾纤长度之和为第一保偏尾纤长度的2倍，且第一保偏尾纤长度大于保偏光纤的消偏长度。
第二保偏光纤消偏器8包括Y波导调制器的第二保偏尾纤11和第二保偏光纤12，第二保偏光纤与第二保偏尾纤为相同类型。
在上述的高精度低噪声消偏型光纤陀螺的结构下，其干涉光谱调制度抑制方法包括：
步骤S10，在第一直波导位相调制器上施加高频调制信号，产生随时间变化的双折射位相调制，使得消偏光纤敏感环路的输出光谱的光谱调制因子中各种偏光干涉成分的位相随时间发生变化。
所述消偏光纤敏感环路输出光谱如式(1)所示：
Figure BDA0003757995880000091
其中，Iout(λ，t)代表消偏光纤敏感环路输出光谱，λ代表波长，t代表时间，Iin(λ，t)代表消偏光纤敏感环路输入光谱，
Figure BDA0003757995880000092
代表Sagnac相移，M(λ，t)代表光谱调制因子。
当高频调制信号为正弦波时，则通过第一调制方法获取所述谱调制因子，如式(2)所示：
M(λ，t)＝1/2+1/4×sin(2θ1s)sin(2θ2s)cos[2π(ΔnL2+ΔnL4)/λ+Ccos(2πf0t)]+1/4×sin(2θ1s)sin(2θ2s)cos[2π(ΔnL2-ΔnL4)/λ+Ccos(2πf0t)]-1/2×cos2θ1scos2θ2scos[2π(ΔnL2+ΔnL4+ΔnsLs)/λ+Ccos(2πf0t)]-1/2×sin2θ1ssin2θ2scos[2π(ΔnL2+ΔnL4-ΔnsLS)/λ+Ccos(2πf0t)]+1/2×cos2θ1ssin2θ2scos[2π(ΔnL2-ΔnL4+ΔnsLs)/λ+Ccos(2πf0t)]+1/2×sin2θ1scos2θ2scos[2π(ΔnL2-ΔnL4-ΔnsLs)/λ+Ccos(2πf0t)] (2)
其中，θ1s为第一保偏光纤消偏器与单模光纤环熔接点处的偏振主轴夹角，θ2s为第二保偏光纤消偏器与单模光纤环熔接点处的偏振主轴夹角，Δn为保偏光纤的双折射率，Δns为单模光纤环的等效双折射率，L2为第一保偏光纤消偏器中第一直波导位相调制器的两段保偏尾纤长度之和，L4为第二保偏光纤消偏器中第二保偏光纤的长度，Ls为单模光纤环的长度，C为正弦波调制位相幅度，f0为正弦波调制频率。
步骤S20，令所述高频调制信号的调制位相幅度为大于π/2的值，令信号频率为大于所述消偏光纤敏感环路的特征频率的设定倍数，且为所述消偏光纤敏感环路的特征频率的偶数倍，获得调制度低于设定阈值的消偏光纤敏感环路输出光谱。
本发明第二实施例的高精度低噪声消偏型光纤陀螺，如图2所示，为本发明高精度低噪声消偏型光纤陀螺第二实施例的结构示意图，高精度低噪声消偏型光纤陀螺包括宽谱光源1、耦合器2、消偏光纤敏感环路3和探测器组件4，其中消偏光纤敏感环路3包括Y波导调制器5、第一保偏光纤消偏器6、第二保偏光纤消偏器7和单模光纤环8，各模块详细描述如下：
第一保偏光纤消偏器7包括Y波导调制器的第一保偏尾纤9和第一直波导位相调制器10，第一直波导位相调制器的保偏尾纤与第一保偏尾纤为相同类型。
第一直波导位相调制器10的高频调制信号为正弦波、三角波或其他随机波形。
高频调制信号，其信号频率为大于所述消偏光纤敏感环路的特征频率的设定倍数，且为所述消偏光纤敏感环路的特征频率的偶数倍，调制位相幅度大于π/2。
第一直波导位相调制器10，其芯片对应的两段保偏尾纤以0度偏振主轴夹角耦合，两段保偏尾纤长度之和为第一保偏尾纤长度的2倍，且第一保偏尾纤长度大于保偏光纤的消偏长度。
第二保偏光纤消偏器8包括Y波导调制器的第二保偏尾纤11和第二直波导位相调制器13，第二直波导位相调制器的保偏尾纤与第二保偏尾纤为相同类型。
第二直波导位相调制器13的高频调制信号为正弦波、三角波或其他随机波形。
高频调制信号，其信号频率大于光纤环的特征频率的设定倍数，且为光纤环的特征频率的偶数倍，调制位相幅度大于π/2。
第二直波导位相调制器13，其芯片对应的两段保偏尾纤以0度偏振主轴夹角耦合，两段保偏尾纤长度之和为第二保偏尾纤长度的2倍，且第二保偏尾纤长度大于保偏光纤的消偏长度。
在上述的高精度低噪声消偏型光纤陀螺的结构下，其干涉光谱调制度抑制方法包括：
步骤T10，在第二直波导位相调制器上施加高频调制信号，产生随时间变化的双折射位相调制，使得消偏光纤敏感环路的输出光谱的光谱调制因子中各种偏光干涉成分的位相随时间发生变化。
所述消偏光纤敏感环路输出光谱如式(3)所示：
Figure BDA0003757995880000111
其中，Iout(λ，t)代表消偏光纤敏感环路输出光谱，λ代表波长，t代表时间，Iin(λ，t)代表消偏光纤敏感环路输入光谱，
Figure BDA0003757995880000112
代表Sagnac相移，M(λ，t)代表光谱调制因子。
当高频调制信号为正弦波时，则通过第二调制方法获取所述谱调制因子，如式(4)所示：
M(λ，t)＝1/2+1/4×sin(2θ1s)sin(2θ2s)cos[2π(ΔnL2+ΔnL4s)/λ+2Ccos(2πf0t)]+1/4×sin(2θ1s)sin(2θ2s)cos[2π(ΔnL2-ΔnL4s)/λ+2Ccos(2πf0t)]-1/2×cos2θ1scos2θ2scos[2π(ΔnL2+ΔnL4s+ΔnsLs)/λ+2Ccos(2πf0t)]-1/2×sin2θ1ssin2θ2scos[2π(ΔnL2+ΔnL4s-ΔnsLs)/λ+2Ccos(2πf0t)]+1/2×cos2θ1ssin2θ2scos[2π(ΔnL2-ΔnL4s+ΔnsLs)/λ+2Ccos(2πf0t)]+1/2×sin2θ1scos2θ2scos[2π(ΔnL2-ΔnL4s-ΔnsLs)/λ+2Ccos(2πf0t)] (4)
其中，θ1s为第一保偏光纤消偏器与单模光纤环熔接点处的偏振主轴夹角，θ2s为第二保偏光纤消偏器与单模光纤环熔接点处的偏振主轴夹角，Δn为保偏光纤的双折射率，Δns为单模光纤环的等效双折射率，L2为第一保偏光纤消偏器中第一直波导位相调制器的两段保偏尾纤长度之和，L4s为第二保偏光纤消偏器中第二直波导位相调制器的两段保偏尾纤长度之和，Ls为单模光纤环的长度，C为正弦波调制位相幅度，f0为正弦波调制频率。
步骤T20，令所述高频调制信号的调制位相幅度为大于π/2的值，令信号频率为大于所述消偏光纤敏感环路的特征频率的设定倍数，且为所述消偏光纤敏感环路的特征频率的偶数倍，获得调制度低于设定阈值的消偏光纤敏感环路输出光谱。
如图3所示，为本发明高精度低噪声消偏型光纤陀螺的由Y波导调制器保偏尾纤和带有同种保偏尾纤的直波导位相调制器组成的保偏光纤消偏器的结构示意图，第一直波导位相调制器10(第二直波导位相调制器13同第一直波导位相调制器10)芯片与其两段保偏尾纤以0度偏振主轴夹角耦合，其中一段保偏尾纤与Y波导调制器5的第一保偏尾纤9(Y波导调制器5的第二保偏尾纤11对应第二直波导位相调制器13)以45度偏振主轴夹角熔接，第一直波导位相调制器10的两段保偏尾纤长度之和为Y波导调制器5保偏尾纤9长度的2倍(第二直波导位相调制器13的两段保偏尾纤长度之和为Y波导调制器5的第二保偏尾纤11长度的2倍)，且Y波导调制器5的第一保偏尾纤9以及第二保偏尾纤11长度均要大于保偏光纤的消偏长度。
为验证本发明技术方案的有效性，通过实验进行本发明技术方案的验证，验证过程如下：
按照图1的结构示意图利用3km长的单模光纤环搭建高精度消偏型光纤陀螺，优选地，在直波导位相调制器上施加频率远高于光纤环本征频率的正弦波调制信号，且为本征频率的偶数倍，并使双折射位相调制幅度大于π/2。首先将接入探测器组件4的光纤接入光谱分析仪，利用光谱分析仪测试消偏光纤敏感环路的输出光谱，施加高频位相调制前的光谱如图4所示，图4中虚线为输入到消偏光纤敏感环路中的原光谱，实线为由消偏光纤敏感环路输出光谱，可看到消偏光纤敏感环路输出光谱存在明显的“梳状”调制。在施加高频位相调制后，消偏光纤敏感环路输出光谱如图5所示，中心波长处的光谱调制度由调制前的7.31dB减小至调制后的0.19dB，很好地消除了消偏光纤敏感环路输出光谱的调制度。
进一步地，将接入光谱分析仪测试的光纤重新接入探测器组件4，将消偏光纤陀螺调试好后，在常温环境下分别在施加高频位相调制前后对其进行2小时静态测试，并进行Allan方差分析，Allan方差分析结果如图6所示，图6中实线为施加高频位相调制前测试的Allan方差分析结果，图6中虚线为施加高频位相调制后测试的Allan方差分析结果，由Allan方差曲线可得，角度随机游走由调制前的5.9×10-4°/√h减小至调制后的2.1×10-4°/√h，零偏不稳定性由调制前的1.1×10-3°/h减小至调制后的4.3×10-4°/h。实验表明，在施加高频位相调制后，由消偏光纤敏感环路输出光谱调制导致的噪声和零漂都得到了有效抑制，实现了高精度低噪声的消偏型光纤陀螺，有效降低了高精度光纤陀螺的成本并提高了环境适应性。
需要说明的是，上述实施例提供的高精度低噪声消偏型光纤陀螺及干涉光谱调制度抑制方法，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。
本发明第三实施例的一种设备，包括：
至少一个处理器；
以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的高精度低噪声消偏型光纤陀螺的干涉光谱调制度抑制方法。
本发明第四实施例的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的高精度低噪声消偏型光纤陀螺的干涉光谱调制度抑制方法。
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高精度低噪声消偏型光纤陀螺，包括宽谱光源、耦合器、消偏光纤敏感环路和探测器组件，其特征在于，所述消偏光纤敏感环路包括Y波导调制器、第一保偏光纤消偏器、第二保偏光纤消偏器和单模光纤环；
所述第一保偏光纤消偏器包括Y波导调制器的第一保偏尾纤和第一直波导位相调制器；所述第一直波导位相调制器的保偏尾纤与所述第一保偏尾纤为相同类型；
所述第二保偏光纤消偏器包括Y波导调制器的第二保偏尾纤和第二保偏光纤；所述第二保偏光纤与所述第二保偏尾纤为相同类型。
2.根据权利要求1所述的高精度低噪声消偏型光纤陀螺，其特征在于，所述第二保偏光纤消偏器，其第二保偏光纤还可以设置为第二直波导位相调制器；所述第二直波导位相调制器的保偏尾纤与所述第二保偏尾纤为相同类型。
3.根据权利要求2所述的高精度低噪声消偏型光纤陀螺，其特征在于，所述第一直波导位相调制器或所述第二直波导位相调制器，其高频调制信号为正弦波、三角波或其他随机波形。
4.根据权利要求3所述的高精度低噪声消偏型光纤陀螺，其特征在于，所述高频调制信号，其信号频率为大于所述消偏光纤敏感环路的特征频率的设定倍数，且为所述消偏光纤敏感环路的特征频率的偶数倍，调制位相幅度大于π/2。
5.根据权利要求4所述的高精度低噪声消偏型光纤陀螺，其特征在于，所述第一直波导位相调制器，其芯片对应的两段保偏尾纤以0度偏振主轴夹角耦合，两段保偏尾纤长度之和为所述第一保偏尾纤长度的2倍，且所述第一保偏尾纤长度大于保偏光纤的消偏长度；
所述第二直波导位相调制器，其芯片对应的两段保偏尾纤以0度偏振主轴夹角耦合，两段保偏尾纤长度之和为所述第二保偏尾纤长度的2倍，且所述第二保偏尾纤长度大于保偏光纤的消偏长度。
6.一种高精度低噪声消偏型光纤陀螺的干涉光谱调制度抑制方法，其特征在于，所述干涉光谱调制度抑制方法包括：
步骤S10，在第一直波导位相调制器和/或第二直波导位相调制器上施加高频调制信号，产生随时间变化的双折射位相调制，使得消偏光纤敏感环路的输出光谱的光谱调制因子中各种偏光干涉成分的位相随时间发生变化；
步骤S20，令所述高频调制信号的调制位相幅度为大于π/2的值，令信号频率为大于所述消偏光纤敏感环路的特征频率的设定倍数，且为所述消偏光纤敏感环路的特征频率的偶数倍，获得调制度低于设定阈值的消偏光纤敏感环路输出光谱。
7.根据权利要求6所述的高精度低噪声消偏型光纤陀螺的干涉光谱调制度抑制方法，其特征在于，所述消偏光纤敏感环路输出光谱，其表示为：
Figure FDA0003757995870000021
其中，Iout(λ，t)代表消偏光纤敏感环路输出光谱，λ代表波长，t代表时间，Iin(λ，t)代表消偏光纤敏感环路输入光谱，
Figure FDA0003757995870000022
代表Sagnac相移，M(λ，t)代表光谱调制因子。
8.根据权利要求7所述的高精度低噪声消偏型光纤陀螺的干涉光谱调制度抑制方法，其特征在于，若高精度低噪声消偏型光纤陀螺的第二保偏光纤消偏器包括Y波导调制器的第二保偏尾纤和第二保偏光纤，则通过第一调制方法获取所述谱调制因子；若高精度低噪声消偏型光纤陀螺的第二保偏光纤消偏器包括Y波导调制器的第二保偏尾纤和第二直波导位相调制器，则通过第二调制方法获取所述谱调制因子。
9.根据权利要求8所述的高精度低噪声消偏型光纤陀螺的干涉光谱调制度抑制方法，其特征在于，当高频调制信号为正弦波时，所述通过第一调制方法获取所述谱调制因子，其方法为：
M(λ，t)＝1/2+1/4×sin(2θ1s)sin(2θ2s)cos[2π(ΔnL2+ΔnL4)/λ+Ccos(2πf0t)]+1/4×sin(2θ1s)sin(2θ2s)cos[2π(ΔnL2-ΔnL4)/λ+Ccos(2πf0t)]-1/2×cos2θ1scos2θ2scos[2π(ΔnL2+ΔnL4+ΔnsLs)/λ+Ccos(2πf0t)]-1/2×sin2θ1ssin2θ2scos[2π(ΔnL2+ΔnL4-ΔnsLs)/λ+Ccos(2πf0t)]+1/2×cos2θ1ssin2θ2scos[2π(ΔnL2-ΔnL4+ΔnsLs)/λ+Ccos(2πf0t)]+1/2×sin2θ1scos2θ2scos[2π(ΔnL2-ΔnL4-ΔnsLs)/λ+Ccos(2πf0t)]
其中，θ1s为第一保偏光纤消偏器与单模光纤环熔接点处的偏振主轴夹角，θ2s为第二保偏光纤消偏器与单模光纤环熔接点处的偏振主轴夹角，Δn为保偏光纤的双折射率，Δns为单模光纤环的等效双折射率，L2为第一保偏光纤消偏器中第一直波导位相调制器的两段保偏尾纤长度之和，L4为第二保偏光纤消偏器中第二保偏光纤的长度，Ls为单模光纤环的长度，C为正弦波调制位相幅度，f0为正弦波调制频率。
10.根据权利要求9所述的高精度低噪声消偏型光纤陀螺的干涉光谱调制度抑制方法，其特征在于，当高频调制信号为正弦波时，所述通过第二调制方法获取所述谱调制因子，其方法为：
M(λ，t)＝1/2+1/4×sin(2θ1s)sin(2θ2s)cos[2π(ΔnL2+ΔnL4s)/λ+2Ccos(2πf0t)]+1/4×sin(2θ1s)sin(2θ2s)cos[2π(ΔnL2-ΔnL4s)/λ+2Ccos(2πf0t)]-1/2×cos2θ1scos2θ2scos[2π(ΔnL2+ΔnL4s+ΔnsLs)/λ+2Ccos(2πf0t)]-1/2×sin2θ1ssin2θ2scos[2π(ΔnL2+ΔnL4s-ΔnsLs)/λ+2Ccos(2πf0t)]+1/2×cos2θ1ssin2θ2scos[2π(ΔnL2-ΔnL4s+ΔnsLs)/λ+2Ccos(2πf0t)]+1/2×sin2θ1scos2θ2scos[2π(ΔnL2-ΔnL4s-ΔnsLs)/λ+2Ccos(2πf0t)]
其中，L4s为第二保偏光纤消偏器中第二直波导位相调制器的两段保偏尾纤长度之和。
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