CN116047655A - 一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺 - Google Patents

一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺 Download PDF

Info

Publication number
CN116047655A
CN116047655A CN202310328919.2A CN202310328919A CN116047655A CN 116047655 A CN116047655 A CN 116047655A CN 202310328919 A CN202310328919 A CN 202310328919A CN 116047655 A CN116047655 A CN 116047655A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
optical fiber
photonic crystal
ring
polarization maintaining
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202310328919.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116047655B (zh
Inventor
唐若祥
王玥泽
杜若飞
郑志胜
刘伯晗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
707th Research Institute of CSIC
Original Assignee
707th Research Institute of CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 707th Research Institute of CSIC filed Critical 707th Research Institute of CSIC
Priority to CN202310328919.2A priority Critical patent/CN116047655B/zh
Publication of CN116047655A publication Critical patent/CN116047655A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116047655B publication Critical patent/CN116047655B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02295—Microstructured optical fibre
    • G02B6/02314—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
    • G02B6/02319—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by core or core-cladding interface features
    • G02B6/02323—Core having lower refractive index than cladding, e.g. photonic band gap guiding
    • G02B6/02328—Hollow or gas filled core
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
    • G01C19/721—Details
    • G01C19/722—Details of the mechanical construction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02295—Microstructured optical fibre
    • G02B6/023—Microstructured optical fibre having different index layers arranged around the core for guiding light by reflection, i.e. 1D crystal, e.g. omniguide
    • G02B6/02304—Core having lower refractive index than cladding, e.g. air filled, hollow core
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/024—Optical fibres with cladding with or without a coating with polarisation maintaining properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

本发明属于光纤陀螺的技术领域，本发明为一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺。一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，S1：将空芯反谐振光子晶体光纤与保偏光纤通过直接耦合连接成为组成式光纤，S2：将所述组成式光纤绕制成为光纤环圈。S1中，保偏光纤位于所述组成式光纤的中部，所述空芯反谐振光子晶体光纤位于比所述保偏光纤所在的所述组成式光纤的中部更外侧的部位，S2中，所述组成式光纤的几何长度中点作为绕制的起始点，将所述组成式光纤绕制成为所述光纤环圈，一种光纤陀螺，包括一种温度性能高的光纤环圈的制作方法制作的光纤环圈，提高了光纤环圈的互易性，提高了光纤环圈的温度性能。

Description

一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺
技术领域
本发明属于光纤陀螺的技术领域，尤其是涉及一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺。
背景技术
光纤陀螺作为新型的光学陀螺仪表，具有可靠性高、耐冲击振动、寿命长、启动速度快等优点，已被广泛的应用于多个军用及民用领域中。但当光纤陀螺工作环境的温度发生变化时，在光纤陀螺核心部件光纤环形传感器（简称：光纤环圈）中将产生热致非互易性相位噪声，即SHUPE误差。这种误差与光纤陀螺感知地球转速的SAGNAC效应无法区分，严重降低了光纤陀螺的实际探测精度。现国内外对光纤环形传感器的此种传热性能进行了大量的理论研究，分别利用四极对称绕法、八极对称绕法及十六极对称绕法对光纤环圈进行绕制，以降低光纤环圈的温度误差，且这些绕制方案全部于国内外申请了相关的专利，但即使采用现有最为优化的十六极对称绕制方案（United States Patent，US005475774），光纤环圈中残余的温度误差仍然很大，严重影响高精度光纤陀螺的温度性能。因此需要进一步优化设计降低光纤环圈温度误差。新型的反谐振式空芯光子晶体光纤由于其特殊的纤芯结构，使得光在空气中进行传播，较传统的保偏光纤，光在石英纤芯中传播，其温度敏感性会降低1-2个数量级，有低温度敏感性、高单模性、低损耗、低背向散射的特点，缺点是其抗弯曲能力较传统的保偏光纤差，小曲率半径下弯曲损耗会急剧增加，还可能导致小曲率半径下的光纤微结构损伤，无法满足在小曲率半径下，绕制光纤环圈的要求。为利用反谐振式空芯光子晶体光纤超低的温度敏感性，必须克服其在小曲率半径下环圈绕制引入的弯曲损耗及微结构损伤对光纤的影响。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺，采用保偏光纤弯曲半径可以做到很小的优点，解决现阶段空芯反谐振光子晶体光纤虽然温度性能好，但是弯曲损耗很大，无法绕制小体积光纤环圈的问题，进一步解决了空芯反谐振光子晶体光纤和保偏光纤这两种光纤结合的技术障碍。这个优点具体是采用保偏光纤弯曲半径可以做到很小的优点，解决现阶段空芯反谐振光纤虽然温度性能好，但是弯曲损耗很大，无法绕制小体积光纤环圈的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，包括以下步骤：
S1：将空芯反谐振光子晶体光纤与保偏光纤通过直接耦合连接成为组成式光纤，保偏光纤位于所述组成式光纤的中部，所述空芯反谐振光子晶体光纤位于比所述保偏光纤所在的所述组成式光纤的中部更外侧的部位；
S2：将所述组成式光纤绕制成为光纤环圈，所述组成式光纤的几何长度中点作为绕制的起始点，将所述组成式光纤绕制成为所述光纤环圈。
根据本发明提供的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，所述S1中，所述空芯反谐振光子晶体光纤位于所述组成式光纤的两侧。
根据本发明提供的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，所述S1中，所述保偏光纤的几何长度中点与所述组成式光纤的几何长度中点重合，所述组成式光纤的两侧的所述空芯反谐振光子晶体光纤的长度相等。
根据本发明提供的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，利用所述光纤环圈的光纤陀螺的温度误差的计算式为：
，
其中，为利用所述光纤环圈的光纤陀螺的温度误差，为整个所述光纤环圈的平均直径，为所述组成式光纤的总长度，为所述保偏光纤的纤芯折射率，为所述保偏光纤的折射率随温度变化率，为所述空芯反谐振光子晶体光纤的纤芯折射率，为所述空芯反谐振光子晶体光纤的折射率随温度变化率，为第匝所述组成式光纤感受的环境温度变化率，为第匝所述组成式光纤对应的位置因子，为包括所述空芯反谐振光子晶体光纤和保偏光纤在内的所述组成式光纤在所述光纤环圈的径向上的层数，为所述保偏光纤在所述光纤环圈的径向上的层数，为所述光纤环圈在所述光纤环圈的轴向上的高度，为所述保偏光纤的直径，也是所述空芯反谐振光子晶体光纤的直径。
根据本发明提供的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，所述S1之前还有S0：
S0：通过算出的等于4的倍，如果为大于或等于1的正整数，，计算保偏光纤的长度的计算式为：
，
其中，为所述光纤环圈在所述光纤环圈的轴向上的高度，为所述保偏光纤的直径，也是所述空芯反谐振光子晶体光纤的直径，为圆周率，为光纤环圈的内半径，为所述空芯反谐振光子晶体光纤能保证正常弯曲损耗下的最小可弯曲半径，为所述保偏光纤在光纤环圈的径向上的最小层数。
根据本发明提供的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，所述S1之前还有S0：
S0：通过算出的等于4的倍，如果为大于1的小数，找出最接近的正整数，用再乘以4得到，，计算保偏光纤的长度的计算式为：，
为所述光纤环圈在光纤环圈的轴向上的高度，为所述保偏光纤的直径，也是所述空芯反谐振光子晶体光纤的直径，为圆周率，为光纤环圈的内半径，为所述空芯反谐振光子晶体光纤能保证正常弯曲损耗下的最小可弯曲半径，为所述保偏光纤在光纤环圈的径向上的最小层数。
根据本发明提供的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，S0还包括：计算所述空芯反谐振光子晶体光纤的长度，计算式为：，其中，为组成式光纤的总长度。
根据本发明提供的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，所述小于或等于，所述为光纤环圈的内径最小以及高度最大时的组成式光纤的总长度。
根据本发明提供的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，为4的整数倍，且大于。
本发明还提供一种光纤陀螺，包括前方所述的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法制作的光纤环圈。
本发明的有益效果如下：
1）S1：将空芯反谐振光子晶体光纤与保偏光纤通过直接耦合连接成为组成式光纤，S2：将组成式光纤绕制成为光纤环圈，这样可以同时利用空芯反谐振光子晶体光纤和保偏光纤这两种光纤在光纤陀螺的温度性能上的优点，提升了光纤环圈的温度性能，进一步提高了光纤陀螺的温度性能。
2）S1中，空芯反谐振光子晶体光纤位于比保偏光纤所在的组成式光纤的中部更外侧的部位，S2中，组成式光纤的几何长度中点作为绕制的起始点，将组成式光纤绕制成为光纤环圈。空芯反谐振光子晶体光纤绕制过程中，曲率半径较大，这样解决了单独采用空芯反谐振光子晶体光纤在小曲率半径下过大的弯曲损耗的难题，还解决了小曲率半径下的光纤微结构损伤的难题，减小了空芯反谐振光子晶体光纤在绕制过程中的弯曲损耗，更有利于空芯反谐振光子晶体光纤完成环圈绕制，充分利用了空芯反谐振光子晶体光纤的对温度误差的抑制作用。
3）光纤环圈中，越靠近外侧的光纤，位置因子越大，更容易受到外界温度场的影响，S1中，空芯反谐振光子晶体光纤位于组成式光纤的两侧，绕制而成的光纤环圈中，空芯反谐振光子晶体光纤位于光纤环圈的最外侧，直接利用了空芯反谐振光子晶体光纤的超低温度敏感性，直接降低光纤环圈的温度误差。
4）利用所述光纤环圈的光纤陀螺的温度误差的计算式为：
，
采用本方式的光纤陀螺温度性能会有大幅提升。
5）S0：通过算出的等于4的倍，如果为大于或等于1的正整数，，计算保偏光纤2的长度的计算式为：
，
这样，与保偏光纤通过直接耦合连接的空芯反谐振光子晶体光纤最靠近保偏光纤的部分也能保证正常弯曲损耗，这样减小了小曲率半径下绕制引入的弯曲损耗及微结构损伤对空芯反谐振光子晶体光纤的影响，进一步更有利于空芯反谐振光子晶体光纤完成环圈绕制，进一步充分利用了空芯反谐振光子晶体光纤的对温度误差的抑制作用。
这样还可以采用对称绕制，更好的保障光纤环圈的处在光纤环圈的同一层的每一匝光纤都是保偏光纤或者都是空芯反谐振光子晶体光纤，避免了处在光纤环圈的同一层的某一匝光纤中既有保偏光纤又有空芯反谐振光子晶体光纤的情形，从而保证处在光纤环圈的同一层的某一匝光纤中只有保偏光纤或只有空芯反谐振光子晶体光纤，提高了光纤环圈的互易性，提高了光纤环圈的温度性能。
6）S0：通过算出的等于4的倍，如果为大于1的小数，找出最接近的正整数，用再乘以4得到，，计算保偏光纤2的长度的计算式为：，
这样可以采用对称绕制，更好的保障光纤环圈的处在光纤环圈的同一层的每一匝光纤都是保偏光纤或者都是空芯反谐振光子晶体光纤，避免了处在光纤环圈的同一层的某一匝光纤中既有保偏光纤又有空芯反谐振光子晶体光纤的情形，从而保证处在光纤环圈的同一层的某一匝光纤中只有保偏光纤或只有空芯反谐振光子晶体光纤，提高了光纤环圈的互易性，提高了光纤环圈的温度性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺的组成式光纤和供纤轮的示意图。
图2是本发明一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺的光纤环圈的主视图一。
图3是本发明一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺的光纤环圈的主视图二。
图4是本发明一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺的光纤环圈的侧视图。
图5是本发明一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺的一部分组成式光纤的排布图。
附图标记：
1、空芯反谐振光子晶体光纤；2、保偏光纤；3、供纤轮；4、组成式光纤。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，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。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
下面结合说明书附图1、附图2、附图3、附图4和附图5描述本发明。
实施例1：如图1，一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，包括如下步骤：
S1：将空芯反谐振光子晶体光纤1与保偏光纤2通过直接耦合连接成为组成式光纤4，保偏光纤2位于所述组成式光纤4的中部，所述空芯反谐振光子晶体光纤1位于比所述保偏光纤2所在的所述组成式光纤4的中部更外侧的部位；
S2：将所述组成式光纤4绕制成为光纤环圈，所述组成式光纤4的几何长度中点作为绕制的起始点，将所述组成式光纤4绕制成为所述光纤环圈。
空芯反谐振光子晶体光纤1由于其特殊的纤芯结构，使得光在空气中进行传播，较传统的保偏光纤2，光在石英纤芯中传播，空芯反谐振光子晶体光纤1的温度敏感性会降低1-2个数量级，有低温度敏感性、高单模性、低损耗、低背向散射的特点。保偏光纤2能够保证线偏振方向不变，提高相干信噪比，以实现对物理量的高精度测量。空芯反谐振光子晶体光纤1和保偏光纤2在温度性能上各有优点。
S1：将空芯反谐振光子晶体光纤1与保偏光纤2通过直接耦合连接成为组成式光纤4，S2：将组成式光纤4绕制成为光纤环圈，这样可以同时利用空芯反谐振光子晶体光纤1和保偏光纤2这两种光纤在光纤陀螺的温度性能上的优点，提升了光纤环圈的温度性能，进一步提高了光纤陀螺的温度性能。
空芯反谐振光子晶体光纤1的缺点是其抗弯曲能力较传统的保偏光纤2差，在绕制过程中，小曲率半径下的弯曲损耗会急剧增加，还可能导致小曲率半径下的光纤微结构损伤，空芯反谐振光子晶体光纤1无法满足在小曲率半径下绕制光纤环圈的要求。为利用空芯反谐振光子晶体光纤1超低的温度敏感性，必须克服其在小曲率半径下绕制引入的弯曲损耗及微结构损伤对光纤的影响。
如图2和图3，S1中，保偏光纤2位于组成式光纤4的中部，S2中，组成式光纤4的几何长度中点作为绕制的起始点，将组成式光纤4绕制成为光纤环圈。这样，绕制的过程中，保偏光纤2要往光纤环圈的内侧绕制，绕制的过程中，曲率半径较小的部分正好可以采用保偏光纤2进行绕制，S1中，空芯反谐振光子晶体光纤1位于比保偏光纤2所在的组成式光纤4的中部更外侧的部位，S2中，组成式光纤4的几何长度中点作为绕制的起始点，将组成式光纤4绕制成为光纤环圈。空芯反谐振光子晶体光纤1绕制过程中，曲率半径较大，这样解决了单独采用空芯反谐振光子晶体光纤1在小曲率半径下过大的弯曲损耗的难题，还解决了小曲率半径下的光纤微结构损伤的难题，减小了空芯反谐振光子晶体光纤1在绕制过程中的弯曲损耗，更有利于空芯反谐振光子晶体光纤1完成环圈绕制，充分利用了空芯反谐振光子晶体光纤1的对温度误差的抑制作用。
采用保偏光纤弯曲半径可以做到很小的优点，解决现阶段空芯反谐振光子晶体光纤虽然温度性能好，但是弯曲损耗很大，无法绕制小体积光纤环圈的问题。
实施例2：在实施例1的技术上进行改进，所述S1中，所述空芯反谐振光子晶体光纤1位于所述组成式光纤4的两侧。
光纤环圈中，越靠近外侧的光纤，位置因子越大，更容易受到外界温度场的影响，S1中，空芯反谐振光子晶体光纤1位于组成式光纤4的两侧，绕制而成的光纤环圈中，空芯反谐振光子晶体光纤1位于光纤环圈的最外侧，直接利用了空芯反谐振光子晶体光纤1的超低温度敏感性，直接降低光纤环圈的温度误差。
实施例3：在实施例2的技术上进行改进，所述S1中，所述保偏光纤2的几何长度中点与所述组成式光纤4的几何长度中点重合，所述组成式光纤4的两侧的所述空芯反谐振光子晶体光纤1的长度相等。
这样，提高了光纤环圈的互易性，减小了环境温度变化时带来非互易相位误差，提高了光纤环圈的温度性能。
实施例4：在实施例3的技术上进行改进，利用所述光纤环圈的光纤陀螺的温度误差的计算式为：
，
其中，为利用所述光纤环圈的光纤陀螺的温度误差，为整个所述光纤环圈的平均直径，为所述组成式光纤4的总长度，为所述保偏光纤2的纤芯折射率，为所述保偏光纤2的折射率随温度变化率，为所述空芯反谐振光子晶体光纤1的纤芯折射率，为所述空芯反谐振光子晶体光纤1的折射率随温度变化率，为第匝所述组成式光纤4感受的环境温度变化率，为第匝所述组成式光纤4对应的位置因子，为包括所述空芯反谐振光子晶体光纤1和保偏光纤2在内的所述组成式光纤4在所述光纤环圈的径向上的层数，为所述保偏光纤2在所述光纤环圈的径向上的层数，为所述光纤环圈在所述光纤环圈的轴向上的高度，为所述保偏光纤2的直径，也是所述空芯反谐振光子晶体光纤1的直径。
绕制完成的光纤环圈一共绕制了层，其中内部第1至第层，由保偏光纤2绕制而成，在其高度为的条件下，一共包含匝保偏光纤2，从到层由空芯反谐振光子晶体光纤1绕制而成，共计匝空芯光纤。由于，远小于，比小1-2个数量级，因此，采用本方式的光纤陀螺温度性能会有大幅提升。
实施例5：在实施例4的技术上进行改进，所述S1之前还有S0：
S0：通过算出的等于4的倍，如果为大于或等于1的正整数，，计算保偏光纤2的长度的计算式为：，
如图4和图5，其中，为所述光纤环圈在所述光纤环圈的轴向上的高度，为所述保偏光纤2的直径，也是所述空芯反谐振光子晶体光纤1的直径，为圆周率，为光纤环圈的内半径，为所述空芯反谐振光子晶体光纤1能保证正常弯曲损耗下的最小可弯曲半径，为所述保偏光纤2在光纤环圈的径向上的最小层数。
由于计算时所用的为空芯反谐振光子晶体光纤1能保证正常弯曲损耗下的最小可弯曲半径（对于，不同厂家产品的差异较大），所以为保偏光纤2在光纤环圈的径向上的最小层数，所以，计算出的为保偏光纤2的最小长度，这样，与保偏光纤2通过直接耦合连接的空芯反谐振光子晶体光纤1最靠近保偏光纤2的部分也能保证正常弯曲损耗，这样减小了小曲率半径下绕制引入的弯曲损耗及微结构损伤对空芯反谐振光子晶体光纤1的影响，进一步更有利于空芯反谐振光子晶体光纤1完成环圈绕制，进一步充分利用了空芯反谐振光子晶体光纤1的对温度误差的抑制作用。
这样还可以采用对称绕制，更好的保障光纤环圈的处在光纤环圈的同一层的每一匝光纤都是保偏光纤2或者都是空芯反谐振光子晶体光纤1，避免了处在光纤环圈的同一层的某一匝光纤中既有保偏光纤2又有空芯反谐振光子晶体光纤1的情形，从而保证处在光纤环圈的同一层的某一匝光纤中只有保偏光纤2或只有空芯反谐振光子晶体光纤1，提高了光纤环圈的互易性，提高了光纤环圈的温度性能。
实施例6：在实施例4的技术上进行改进，所述S1之前还有S0：
S0：通过算出的等于4的倍，如果为大于1的小数，找出最接近的正整数，用再乘以4得到，，计算保偏光纤2的长度的计算式为：，
为所述光纤环圈在光纤环圈的轴向上的高度，为所述保偏光纤2的直径，也是所述空芯反谐振光子晶体光纤1的直径，为圆周率，为光纤环圈的内半径，为所述空芯反谐振光子晶体光纤1能保证正常弯曲损耗下的最小可弯曲半径，为所述保偏光纤2在光纤环圈的径向上的最小层数。
这样可以采用对称绕制，更好的保障光纤环圈的处在光纤环圈的同一层的每一匝光纤都是保偏光纤2或者都是空芯反谐振光子晶体光纤1，避免了处在光纤环圈的同一层的某一匝光纤中既有保偏光纤2又有空芯反谐振光子晶体光纤1的情形，从而保证处在光纤环圈的同一层的某一匝光纤中只有保偏光纤2或只有空芯反谐振光子晶体光纤1，提高了光纤环圈的互易性，提高了光纤环圈的温度性能。
如果实际绕制过程中，绕制的圈数不是4的正整数倍，如，如果通过算出的为6，如果按照将保偏光纤2绕制6层，那么无法保证像四级绕制、八级绕制、十六级绕制等的效果，为6，6是4的1.5倍，就为1.5，为最接近1.5的正整数2再乘以4，也就是8，为8，如果按照将保偏光纤2绕制8层，就能保证八级绕制的效果。也就是说，实际绕制过程中，保偏光纤2在光纤环圈的径向上的层数为4的倍数，才能保证四级绕制、八级绕制、十六级绕制等的效果，所以，如果通过算出的为4的倍，为大于1的小数，那么要提前计算好保偏光纤2的长度，再来绕制组成式光纤4。
实施例7：在实施例5或6的技术上进行改进，S0还包括：计算所述空芯反谐振光子晶体光纤1的长度，计算式为：，其中，为组成式光纤4的总长度。
实施例8：在实施例7的技术上进行改进，所述小于或等于，所述为光纤环圈的内径最小以及高度最大时的组成式光纤4的总长度。
的计算方法在很多公开的论文及专利中公开过，不在此累述。
实施例9：在实施例5或6的技术上进行改进，为4的整数倍，且大于。
无论，还是，都为4的倍数，为4的整数倍，且大于，这样，实际绕制过程中，空芯反谐振光子晶体光纤1在光纤环圈的径向上的层数为4的倍数，才能保证四级绕制、八级绕制、十六级绕制等的效果，所以，通过或者计算出，为4的整数倍，且大于，算出组成式光纤4在光纤环圈的径向上的层数，再来绕制组成式光纤4。
从到层由空芯反谐振光子晶体光纤1绕制而成，共计
匝空芯光纤，其中减去的值也为4的倍数，这样空芯反谐振光子晶体光纤1和保偏光纤2组成的整体才能实现八级绕制、十六级绕制等。。
实施例10：一种光纤陀螺，包括用实施例1-9任一实施例所述的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法制作的光纤环圈。
实验：
当系统要求的光纤长度为1000米，光纤环圈的平均直径为100mm，外径为120mm，内径为80mm时，环圈高度d为60mm，在不考虑光纤绕制误差的前提下，采用图5的方法进行光纤环圈绕制，当光纤环圈收到外界1摄氏度每毫米的温度梯度激励时，其残余的温度误差引起的陀螺漂移为0.01°/h，采用本方法绕制光纤环圈时，当所采用的空芯反谐振光子晶体光纤的最小弯曲半径为100mm时，光纤环圈参与的温度误差仅为0.003°/h左右。如果仅采用空芯反谐振光子晶体光纤是无法在满足系统要求的尺寸及光纤长度下完成光纤环圈的绕制的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将空芯反谐振光子晶体光纤(1)与保偏光纤(2)通过直接耦合连接成为组成式光纤(4)，其中，保偏光纤(2)位于所述组成式光纤(4)的中部，所述空芯反谐振光子晶体光纤(1)位于比所述保偏光纤(2)所在的所述组成式光纤(4)的中部更外侧的部位；
S2：将所述组成式光纤(4)绕制成为光纤环圈，其中，所述组成式光纤(4)的几何长度中点作为绕制的起始点，将所述组成式光纤(4)绕制成为所述光纤环圈。
2.根据权利要求1所述的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，其特征在于，所述S1中，所述空芯反谐振光子晶体光纤(1)位于所述组成式光纤(4)的两侧。
3.根据权利要求2所述的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，其特征在于，所述S1中，所述保偏光纤(2)的几何长度中点与所述组成式光纤(4)的几何长度中点重合，所述组成式光纤(4)的两侧的所述空芯反谐振光子晶体光纤(1)的长度相等。
4.根据权利要求3所述的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，其特征在于，利用所述光纤环圈的光纤陀螺的温度误差的计算式为：
，
其中，为利用所述光纤环圈的光纤陀螺的温度误差，为整个所述光纤环圈的平均直径，为所述组成式光纤(4)的总长度，为所述保偏光纤(2)的纤芯折射率，为所述保偏光纤(2)的折射率随温度变化率，为所述空芯反谐振光子晶体光纤(1)的纤芯折射率，为所述空芯反谐振光子晶体光纤(1)的折射率随温度变化率，为第匝所述组成式光纤(4)感受的环境温度变化率，为第匝所述组成式光纤(4)对应的位置因子，为包括所述空芯反谐振光子晶体光纤(1)和保偏光纤(2)在内的所述组成式光纤(4)在所述光纤环圈的径向上的层数，为所述保偏光纤(2)在所述光纤环圈的径向上的层数，为所述光纤环圈在所述光纤环圈的轴向上的高度，为所述保偏光纤(2)的直径，也是所述空芯反谐振光子晶体光纤(1)的直径。
5.根据权利要求4所述的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，其特征在于，所述S1之前还有S0：
S0：通过算出的等于4的倍，如果为大于或等于1的正整数，，计算保偏光纤(2)的长度的计算式为：
，
其中，为所述光纤环圈在所述光纤环圈的轴向上的高度，为所述保偏光纤(2)的直径，也是所述空芯反谐振光子晶体光纤(1)的直径，为圆周率，为光纤环圈的内半径，为所述空芯反谐振光子晶体光纤(1)能保证正常弯曲损耗下的最小可弯曲半径，为所述保偏光纤(2)在光纤环圈的径向上的最小层数。
6.根据权利要求4所述的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，其特征在于，所述S1之前还有S0：
S0：通过算出的等于4的倍，如果为大于1的小数，找出最接近的正整数，用再乘以4得到，，计算保偏光纤(2)的长度的计算式为：
，
其中，为所述光纤环圈在光纤环圈的轴向上的高度，为所述保偏光纤(2)的直径，也是所述空芯反谐振光子晶体光纤(1)的直径，为圆周率，为光纤环圈的内半径，为所述空芯反谐振光子晶体光纤(1)能保证正常弯曲损耗下的最小可弯曲半径，为所述保偏光纤(2)在光纤环圈的径向上的最小层数。
7.根据权利要求5或6所述的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，其特征在于，所述S0还包括：计算所述空芯反谐振光子晶体光纤(1)的长度，计算式为：，其中，为组成式光纤(4)的总长度。
8.根据权利要求7所述的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，其特征在于，所述小于或等于，所述为光纤环圈的内径最小以及高度最大时的组成式光纤（4）的总长度。
9.根据权利要求5或6所述的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法，其特征在于，为4的整数倍，且大于。
10.一种光纤陀螺，其特征在于，包括用权利要求1-9任一项所述的一种温度性能高的光纤环圈的制作方法制作的光纤环圈。
CN202310328919.2A 2023-03-30 2023-03-30 一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺 Active CN116047655B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310328919.2A CN116047655B (zh) 2023-03-30 2023-03-30 一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310328919.2A CN116047655B (zh) 2023-03-30 2023-03-30 一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116047655A true CN116047655A (zh) 2023-05-02
CN116047655B CN116047655B (zh) 2023-06-06

Family

ID=86129908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310328919.2A Active CN116047655B (zh) 2023-03-30 2023-03-30 一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116047655B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012006936A1 (zh) * 2010-07-13 2012-01-19 武汉长盈通光电技术有限公司 一种用于光纤陀螺的光纤环圈
CN103344231A (zh) * 2013-06-28 2013-10-09 哈尔滨工程大学 一种保偏光子晶体光纤陀螺器件
US20140003778A1 (en) * 2012-06-08 2014-01-02 Nkt Photonics A/S Hollow core fiber with improvements relating to optical properties and its use, method of its production and use thereof
CN103884354A (zh) * 2014-03-18 2014-06-25 北京航天时代光电科技有限公司 一种可变槽宽骨架工装及利用该工装的光纤环成型方法
US20170199037A1 (en) * 2014-10-02 2017-07-13 Faquir Chand Jain Fiber Optic Gyroscope With Integrated WaveGuide Couplers and Opto-Electronic Devices
CN108548939A (zh) * 2018-03-26 2018-09-18 刘正勇 基于sagnac干涉仪的光纤加速度计及振动检测装置
CN113884083A (zh) * 2021-08-30 2022-01-04 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 基于磁流体的空芯微结构光纤环圈绕制应力释放方法
CN114754800A (zh) * 2022-06-15 2022-07-15 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种空芯微结构光纤陀螺光路装配方法及系统
CN115031714A (zh) * 2022-06-02 2022-09-09 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 具有磁场漂移误差主动补偿功能的光纤陀螺及补偿方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012006936A1 (zh) * 2010-07-13 2012-01-19 武汉长盈通光电技术有限公司 一种用于光纤陀螺的光纤环圈
US20140003778A1 (en) * 2012-06-08 2014-01-02 Nkt Photonics A/S Hollow core fiber with improvements relating to optical properties and its use, method of its production and use thereof
CN103344231A (zh) * 2013-06-28 2013-10-09 哈尔滨工程大学 一种保偏光子晶体光纤陀螺器件
CN103884354A (zh) * 2014-03-18 2014-06-25 北京航天时代光电科技有限公司 一种可变槽宽骨架工装及利用该工装的光纤环成型方法
US20170199037A1 (en) * 2014-10-02 2017-07-13 Faquir Chand Jain Fiber Optic Gyroscope With Integrated WaveGuide Couplers and Opto-Electronic Devices
CN108548939A (zh) * 2018-03-26 2018-09-18 刘正勇 基于sagnac干涉仪的光纤加速度计及振动检测装置
CN113884083A (zh) * 2021-08-30 2022-01-04 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 基于磁流体的空芯微结构光纤环圈绕制应力释放方法
CN115031714A (zh) * 2022-06-02 2022-09-09 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 具有磁场漂移误差主动补偿功能的光纤陀螺及补偿方法
CN114754800A (zh) * 2022-06-15 2022-07-15 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种空芯微结构光纤陀螺光路装配方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NIE HE: "Temperature Stability of a Hybrid Polarization-Maintaining Photonic Crystal Fiber Resonator and Its Application in a Resonant Fiber Optic Gyro", 《SENSORS》, vol. 18, no. 2506, pages 1 - 13 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116047655B (zh) 2023-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2678205C1 (ru) Сохраняющее состояние поляризации оптическое волокно малого диаметра
CN102564413B (zh) 一种光纤环圈骨架及其绕法
CN112505824B (zh) 两层空气孔结构近似单偏振细径实芯保偏光子晶体光纤
US20070116417A1 (en) Polarization-maintaining optical fiber and optical fiber gyro
WO2011088706A1 (zh) 一种高带宽多模光纤
CN101294808A (zh) 一种基于双芯光子晶体光纤的光纤陀螺
CN107315221B (zh) 一种两层结构的细径实芯保偏光子晶体光纤
CN110346866B (zh) 一种熊猫型保偏光纤
CN108775898A (zh) 一种抑制光纤陀螺磁场敏感度的光纤环及其制备方法
CN116047655B (zh) 一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺
CN102269591A (zh) 一种保偏/单模光纤混合绕制的光纤环
CN116429080B (zh) 一种基于高稳定性空芯微结构光纤环圈的陀螺
CN108873157B (zh) 一种低磁敏感性保偏光子晶体光纤
CN104765100B (zh) 一种四层结构的细径实芯保偏光子晶体光纤
CN113721318A (zh) 一种光纤陀螺的空芯保偏光子晶体光纤及制备方法
CN103344231B (zh) 一种保偏光子晶体光纤陀螺器件
CN116026308B (zh) 一种高阶模空芯光纤陀螺及制作方法
CN113900172B (zh) 一种基于谐振耦合效应增强的高双折射空芯反谐振光纤
WO2019223160A1 (zh) 一种保偏光纤
CN218443920U (zh) 分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪
CN115585801B (zh) 一种分段光路互易的分布式高精度光纤陀螺仪及方法
CN110927861B (zh) 9芯结构的细径保偏光子带隙光纤及制备方法
CN110346865B (zh) 一种多波段使用的保偏光纤
CN112456789B (zh) 一种葫芦型保偏光纤及其制备方法
Li et al. Temperature stability of a hollow-core microstructure fiber optic gyroscope

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant