CN1804549A - 利用光褪色实现光纤陀螺抗辐照加固方法 - Google Patents

Abstract

利用光褪色实现光纤陀螺抗辐照加固方法，为一种采取主动防护实现抗辐照加固的方法，利用光纤在辐照环境下的光褪色原理，采用大功率半导体激光器向光纤陀螺中注入强激光，使光纤陀螺内光纤环和所有光电器件的尾纤损耗有所缓解，从而改善光纤陀螺的抗辐照性能。本发明利用前放输出的信号反馈，来控制采用大功率半导体激光器进行光褪色的启动和关闭，以及相应的光纤陀螺解调系统的关闭和启动，采用间断性的光褪色处理，时间很短，对光纤陀螺系统长时间工作时，输出信号的连续性和准确性的影响很小，有利于光纤陀螺在空间辐射环境下的应用。

Description

利用光褪色实现光纤陀螺抗辐照加固方法

技术领域

本发明涉及光纤陀螺空间应用时的一种抗辐照加固方法。

背景技术

光纤陀螺(FOG)在空间应用，受到空间辐射的影响会导致其性能下降。目前采用的干涉型光纤陀螺内的长约几百米到几公里的保偏光纤环(PM FiberCoil)，以及光纤陀螺内所有光电器件的光纤尾纤，受辐射影响比较严重。具体表现为光纤在辐照环境下损耗增加，原因是在高能辐射作用下，光纤芯石英玻璃发生物理和化学变化(变色、变硬、变脆、分解、破坏等)，产生各种缺陷(点缺陷、位错、色心)，从而使光纤的光传输性能恶化。最主要的表现为形成“色心”。这是因为，石英玻璃中含有杂质离子Cl、OH和着色离子，产生杂质吸收损耗，特别是Fe、Cr、Mn、Cu、Co、Ni、Pb等着色离子，在较高剂量辐射条件下，光纤中部分自由电子会被这些着色离子捕获，从而在光纤中形成“色心”，即新的吸收带，使光纤损耗增加。目前光纤陀螺的抗辐照加固措施通常为被动防护，通过光纤陀螺外壳的重金属屏蔽来提高其抗辐照性能，这样做会导致光纤陀螺的重量增加。空间环境中卫星、航天飞行器及各种载荷等，对重量的要求是相当苛刻的，太多的重量增加是不允许的。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服被动防护技术的不足，提供一种利用光褪色实现光纤陀螺抗辐照加固方法，采用该方法可以在不增加光纤陀螺重量的情况下，提高其抗辐射性能，并利用光纤陀螺内部的信号反馈，控制光褪色的应用。

本发明的技术解决方案：利用光褪色实现光纤陀螺抗辐照加固方法，其特点在于：向光纤陀螺的光路中接入强激光，采用大功率半导体激光器进行间断性的短时间光褪色处理，即可实现光纤陀螺的抗辐照主动加固。

利用陀螺前放输出的信号反馈，来控制采用大功率半导体激光器进行光褪色的启动和关闭，以及相应的光纤陀螺解调系统的关闭和启动。

本发明的原理：从光纤辐射效应出发，利用其本身固有的性质—光褪色，采用大功率半导体激光器对辐照环境下的光纤陀螺光路部分进行间断性的、短时间的光褪色处理，改善光纤陀螺内光纤环和所有光电器件的光纤尾纤的抗辐照性能，从而提高光纤陀螺的抗辐照性能，并且利用前放输出的信号反馈，对光褪色的应用进行控制，当光纤陀螺受辐照的影响而影响到系统解调时，及时对其进行光褪色处理，保证光纤陀螺的正常工作。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)不需要对光纤陀螺外壳的重金属保护，采用光纤陀螺内光纤的性质进行主动防护，利用前放信号的反馈，有效地控制光褪色的应用以及相应的陀螺解调系统工作。

(2)本发明通过光褪色和有效的反馈控制，解决了光纤陀螺内部光纤环和所有光电器件的尾纤的抗辐照性能问题；整个方案从辐照对陀螺系统解调的角度出发，不考虑是辐照剂量率或是总剂量的作用结果，适用于空间剂量率不确定的辐照环境。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工作流程图；

图3为辐照剂量率为0.01rad/s、1rad/s、2rad/s时保偏光纤环损耗随时间的变化曲线；

图4为采用波长为1300nm大功率半导体激光器(LD)向光纤环路中注入0.3mw的光功率进行光褪色时，光纤损耗随时间的变化曲线；

图5为剂量率为2rad/s，光功率为0.3mw、0.2mw、0.1mw光褪色损耗变化曲线。

具体实施方式

如图1所示，本发明主要采取的措施为：加入大功率半导体激光器LD用于进行光褪色处理，向光纤陀螺的光路中注入强激光，采用大功率半导体激光器进行间断性、短时间光褪色处理，即可实现光纤陀螺的抗辐照主动加固。

利用前放输出的信号反馈控制光褪色的应用以及相应的光纤陀螺电路解调系统的开启与关闭。光纤陀螺正常工作时，系统解调对前放输出信号有最低限要求。空间环境中，光纤陀螺受辐照影响，光纤环和所有光电器件的尾纤的损耗增加，导致到达探测器的光功率下降，前放输出信号变小，影响系统解调。加入逻辑判断前放信号是否满足最低限要求。

上述间断性指：光褪色处理不是连续的，是有时间间隔的，否则光纤陀螺一直处在光褪色处理阶段，陀螺解调系统无法进行解调，光纤陀螺是无法正常工作的。间断时间为两次光褪色处理之间，陀螺正常工作的时间。

光褪色的原理是利用强光使光纤中的色心浓度降低，使光纤性能有所恢复。因为光褪色是短时间效应，时间较长后，光纤达到平衡状态，光褪色的效果就非常小了。时间不需太长，本方案中将光褪色处理过程设定为4-6分钟。如图2所示，本发明的工作过程：陀螺加电工作，加电的同时对前放信号的检测同步进行。如果前放输出信号满足最低限要求，陀螺内无任何动作，即陀螺照常工作；如果前放输出信号小于最低限要求，关闭陀螺解调电路部分，打开LD进行光褪色处理。4-6分钟后，关闭LD，开启陀螺解调系统，继续对前放的输出信号进行检测，如果满足系统解调要求，保持陀螺继续正常工作。如果仍不满足要求，重复进行光褪色处理，直到前放输出信号满足最低限要求，光纤陀螺解调系统可以加电继续工作。

光褪色处理时，关闭陀螺解调电路，是因为光纤陀螺内的光为恒定偏振光，这是光纤陀螺中Sagnac效应产生的基本要求。如果不关闭陀螺解调电路直接进行光褪色处理，把LD的光直接加入到光纤陀螺系统中，导致光路的光信号性质发生变化，无法进行干涉产生光学Sagnac效应，而且探测器探测的光强已经不能正确反映干涉光强，整个光纤陀螺正常工作最基本的条件被坏破，光纤陀螺系统无法工作。

采用大功率半导体激光器LD进行光褪色处理的试验研究如下：图4为辐照剂量率为0.01rad/s、1rad/s、2rad/s时保偏光纤环损耗随时间的变化曲线。图5为采用波长为1300nm大功率半导体激光器(LD)向光纤环路中注入0.3mw的光功率进行光褪色时，光纤损耗随时间的变化曲线。在光纤陀螺中，光纤环内的光功率约为20微瓦。光褪色时加入到光纤环中的光功率是经过耦合器分束之后的，耦合器的分束比不是理想50％，激光器的光源功率0.9mw，分束及损耗后加入到光纤环中为0.3mw。温度为室温25℃。上升曲线为辐照剂量率为1rad/s时光褪色曲线，下降曲线为停止辐照后的光褪色曲线。比较图4和图5中辐照剂量率为1rad/s的曲线，可以看出，在同样的辐照环境中，有光褪色的比没有光褪色时的曲线上升缓慢，说明损耗增加变缓，光褪色产生作用。停止辐照后，光褪色的效果是最明显的，损耗将近恢复到施加辐射之前的状态。图6为剂量率为2rad/s，光功率为0.3mw、0.2mw、0.1mw光褪色损耗变化曲线，从图6中可以看到，光功率越大，光褪色效果越明显。

试验针对的是长约500米的保偏光纤环，从试验数据的证明光褪色效果明显。光纤陀螺在辐照条件下受影响最严重的即为保偏光纤环和各光电器件的尾纤。利用光褪色可以使保偏光纤环和各光电器件的尾纤在辐照条件下的损耗有所缓解，从而提高光纤陀螺整体的抗辐照性能。

Claims (3)

1、利用光褪色实现光纤陀螺抗辐照加固方法，其特征在于：向光纤陀螺的光路中注入强激光，采用大功率半导体激光器进行间断性、短时间光褪色处理，即可实现光纤陀螺的抗辐照主动加固。

2、根据权利要求1所述的利用光褪色实现光纤陀螺抗辐照加固方法，其特征在于：利用陀螺前放输出的信号反馈，来控制采用大功率半导体激光器进行光褪色的间断性启动和关闭，以及相应的光纤陀螺解调系统的关闭和启动。

3、根据权利要求1所述的利用光褪色实现光纤陀螺抗辐照加固方法，其特征在于：所述短时间为4-6分钟。

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