RU2280882C2 - Method of joining of integral-optical circuit for fiber-optic gyroscope with single-mode lightguides (versions) - Google Patents
Method of joining of integral-optical circuit for fiber-optic gyroscope with single-mode lightguides (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2280882C2 RU2280882C2 RU2004129371/28A RU2004129371A RU2280882C2 RU 2280882 C2 RU2280882 C2 RU 2280882C2 RU 2004129371/28 A RU2004129371/28 A RU 2004129371/28A RU 2004129371 A RU2004129371 A RU 2004129371A RU 2280882 C2 RU2280882 C2 RU 2280882C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- channel waveguides
- optical
- optical circuit
- distance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области волоконной и интегральной оптики и может быть использовано при изготовлении интегрально-оптической схемы, содержащей Y-разветвитель и фазовые модуляторы и используемой в волоконно-оптических гироскопах.The invention relates to the field of fiber and integrated optics and can be used in the manufacture of an integrated optical circuit containing a Y splitter and phase modulators and used in fiber optic gyroscopes.
Волоконно-оптический гироскоп интерферометрического типа содержит в своем составе кольцевой оптоволоконный интерферометр и электронный блок обработки информации. Кольцевой оптоволоконный интерферометр состоит из источника оптического излучения, первого волоконного разветвителя, интегрально-оптической схемы, волоконной чувствительной катушки и фотоприемника [1]. Луч света от источника оптического излучения проходит первый волоконный разветвитель, делится на два луча одинаковой оптической мощности, один из которых поступает на вход Y-делителя оптической мощности интегрально-оптической схемы. Этот луч, в свою очередь, делится этим делителем также на два луча одинаковой интенсивности, которые, проходя выходные плечи Y-делителя, поступают в концы световода чувствительной катушки кольцевого интерферометра и проходят ее в двух взаимно противоположных направлениях, после чего снова поступают на Y-делитель оптической мощности. Два луча, прошедшие чувствительную катушку в двух взаимно противоположных направлениях, смешиваются Y-делителем в один луч, часть которого через первый волоконный разветвитель попадает на площадку фотоприемника. Таким образом, два смешанных луча, прошедшие чувствительную катушку в двух взаимно противоположных направлениях, образуют на площадке фотоприемника интерференционную картину. Интенсивность излучения на фотоприемнике пропорциональна величине:An interferometric fiber optic gyroscope contains a ring fiber optic interferometer and an electronic information processing unit. A ring fiber-optic interferometer consists of an optical radiation source, a first fiber splitter, an integrated optical circuit, a fiber sensitive coil and a photodetector [1]. The light beam from the optical radiation source passes through the first fiber splitter, divided into two beams of the same optical power, one of which goes to the input of the Y-divider of the optical power of the integrated optical circuit. This beam, in turn, is also divided by this divider into two rays of the same intensity, which, passing the output arms of the Y-divider, enter the ends of the optical fiber of the sensitive coil of the ring interferometer and pass it in two mutually opposite directions, after which they again arrive at Y- optical power divider. Two beams that have passed the sensitive coil in two mutually opposite directions are mixed by a Y-divider into one beam, part of which passes through the first fiber splitter to the site of the photodetector. Thus, two mixed beams that have passed the sensitive coil in two mutually opposite directions form an interference pattern at the photodetector site. The radiation intensity at the photodetector is proportional to:
Рр≈Р0(1+cosФS)Р р ≈Р 0 (1 + cosФ S )
где Р0 - мощность каждого из лучей, прошедших чувствительную катушку в двух взаимно противоположных направлениях,where P 0 is the power of each of the rays that have passed the sensitive coil in two mutually opposite directions,
ФS - разность фаз между лучами, возникающая за счет эффекта Саньяка.Ф S - phase difference between the rays arising due to the Sagnac effect.
Разность фаз между лучами кольцевого интерферометра, возникающая за счет эффекта Саньяка, выражается следующим образом:The phase difference between the rays of the ring interferometer, arising due to the Sagnac effect, is expressed as follows:
где R - радиус чувствительной катушки,where R is the radius of the sensitive coil,
L - длина световода чувствительной катушки,L is the fiber length of the sensitive coil,
λ - длина волны излучения источника,λ is the radiation wavelength of the source,
с - скорость света в вакууме,C is the speed of light in vacuum,
Ω - угловая скорость вращения. Ω is the angular velocity of rotation.
Как видно из выражения для интенсивности на фотоприемнике, кольцевой оптоволоконный интерферометр обладает практически нулевой чувствительностью к вращению при малых угловых скоростях. Для оптимизации чувствительности кольцевого интерферометра к вращению при малых угловых скоростях в нем используется вспомогательная фазовая модуляция. Как правило, наиболее часто используется импульсная фазовая модуляция разности фаз лучей кольцевого интерферометра с амплитудой ±π/2 рад и частотой fM=1/2τ, где τ - время пробега светового луча по световоду чувствительной катушки кольцевого интерферометра. При этом на выходе синхронного усилителя электронного блока обработки информации выделяется сигнал, пропорциональный величине:As can be seen from the expression for the intensity at the photodetector, the ring fiber-optic interferometer has almost zero sensitivity to rotation at low angular velocities. To optimize the sensitivity of the ring interferometer to rotation at low angular velocities, auxiliary phase modulation is used in it. As a rule, pulsed phase modulation of the phase difference of the rays of the ring interferometer with an amplitude of ± π / 2 rad and frequency f M = 1 / 2τ, where τ is the travel time of the light beam through the fiber of the sensitive coil of the ring interferometer, is most often used. At the same time, at the output of the synchronous amplifier of the electronic information processing unit, a signal is allocated that is proportional to:
UСУ~Р0sinФS U SU ~ P 0 sinF S
Из выражения для сигнала на выходе синхронного усилителя следует, что при использовании вспомогательной фазовой модуляции кольцевой интерферометр имеет максимальную чувствительность к вращению при малых угловых скоростях.From the expression for the signal at the output of the synchronous amplifier it follows that when using auxiliary phase modulation, the ring interferometer has maximum sensitivity to rotation at low angular velocities.
Для облегчения нахождения волоконно-оптического гироскопа в зоне максимальной чувствительности при любых угловых скоростях, а также для получения высокой линейности и стабильности (стабильности масштабного коэффициента) выходной характеристики волоконно-оптического гироскопа используется считывание разности фаз Саньяка компенсационным способом. В этом случае с помощью фазового модулятора между лучами кольцевого интерферометра вносится невзаимная разность фаз путем подачи на фазовый модулятор ступенчатого пилообразного напряжения [1]. Вносимый невзаимный фазовый сдвиг лучей кольцевого интерферометра с помощью пилообразного ступенчатого напряжения компенсирует разность фаз, обусловленную эффектом Саньяка. Невзаимный фазовый сдвиг пропорционален частоте ступенчатого пилообразного напряжения и, таким образом, компенсация разности фаз Саньяка осуществляется подбором частоты компенсирующей пилы. В этом случае на выходе синхронного детектора наблюдается нулевой уровень сигнала, при этом для выходного сигнала волоконно-оптического гироскопа справедливо следующее соотношение:To facilitate the location of the fiber-optic gyroscope in the zone of maximum sensitivity at any angular velocity, as well as to obtain high linearity and stability (stability of the scale factor) of the output characteristic of the fiber-optic gyroscope, the Sagnac phase difference sensing is used in a compensation way. In this case, using a phase modulator, a nonreciprocal phase difference is introduced between the beams of the ring interferometer by applying a step-like sawtooth voltage to the phase modulator [1]. The introduced nonreciprocal phase shift of the rays of the ring interferometer using a sawtooth step voltage compensates for the phase difference due to the Sagnac effect. The nonreciprocal phase shift is proportional to the frequency of the stepped sawtooth voltage and, thus, the Sagnac phase difference is compensated by selecting the frequency of the compensating saw. In this case, at the output of the synchronous detector, a zero signal level is observed, while the following relation is true for the output signal of the fiber-optic gyroscope:
где Ω(t) - текущая угловая скорость вращения,where Ω (t) is the current angular velocity of rotation,
n0 - показатель преломления материала световода,n 0 is the refractive index of the material of the fiber,
D - диаметр волоконной чувствительной катушки,D is the diameter of the fiber sensitive coil,
f(t) - частота компенсирующей фазовой пилы.f (t) is the frequency of the compensating phase saw.
Величина M=λn0/D является масштабным коэффициентом волоконно-оптического гироскопа.The value M = λn 0 / D is the scale factor of the fiber optic gyroscope.
Для обеспечения оптимальной вспомогательной фазовой модуляции, а также компенсации разности фаз Саньяка в кольцевом оптоволоконном интерферометре необходимо использование фазовых модуляторов с достаточно большой полосой пропускания. Максимально этим требованиям отвечают интегрально-оптические фазовые модуляторы на основе канальных волноводов Y-делителя оптической мощности. Для использования интегрально-оптической схемы, содержащей в своем составе Y-делитель и фазовые модуляторы, необходимо решить проблему стыковки канальных волноводов интегрально-оптической схемы, сформированных в подложке ниобата лития, с одномодовыми волоконными световодами первого волоконного разветвителя и волоконной чувствительной катушки. Для устранения обратноотраженных лучей, возникающих из-за рассогласования показателей преломления стыкуемых друг с другом ниобата лития, в котором сформированы канальные волноводы, и основного кварца, являющегося материалом одномодовых волоконных световодов, используются скошенные под некоторым углом торцы подложки интегрально-оптической схемы. Обратноотраженные от торцов подложки лучи могут привести как к паразитной засветке фотоприемника, которая ухудшает чувствительность волоконно-оптического гироскопа, так и к возникновению паразитного интерферометра Майкельсона, который может привести к образованию зоны нечувствительности гироскопа в области малых угловых скоростей. Обратноотраженные от торца подложки интегрально-оптической схемы лучи не захватываются и не канализируются канальными волноводами в том случае, если угол скоса θ0 больше или равен так называемому критическому углу канального волновода:To ensure optimal auxiliary phase modulation, as well as compensation for the Sagnac phase difference in a ring fiber-optic interferometer, it is necessary to use phase modulators with a sufficiently large passband. As much as possible these requirements are met by integrated optical phase modulators based on channel waveguides of the Y-divider of optical power. To use an integrated optical circuit containing a Y-divider and phase modulators, it is necessary to solve the problem of coupling channel waveguides of the integrated optical circuit formed in a lithium niobate substrate with single-mode fiber optical fibers of the first fiber splitter and a fiber sensitive coil. To eliminate the retroreflected rays arising due to the mismatch in the refractive indices of lithium niobate, which is connected to each other, in which channel waveguides are formed, and the main quartz, which is a material of single-mode optical fibers, the ends of the integrated optical circuit are angled at a certain angle. The rays reflected back from the ends of the substrate can lead to both parasitic illumination of the photodetector, which impairs the sensitivity of the fiber-optic gyroscope, and to the appearance of a spurious Michelson interferometer, which can lead to the formation of a deadband of the gyroscope in the region of low angular velocities. The rays that are not reflected back from the end face of the integrated optical circuit substrate are not captured or channelized by the channel waveguides if the bevel angle θ 0 is greater than or equal to the so-called critical angle of the channel waveguide:
где n1, n2 - показатели преломления материалов подложки и канального волновода соответственно.where n 1 , n 2 are the refractive indices of the substrate materials and the channel waveguide, respectively.
При распространении светового луча из канального волновода в световедущую жилу одномодового световода и обратно в плоскости их совмещения из-за различия показателей преломления материалов подложки и световода он претерпевает изменение направления своего распространения, и для того чтобы это направление совпадало с направлением оси световедущей жилы световода необходимо, чтобы торец световедущей жилы также имел скос под углом θ1=(n2/nc)θ0, где nc - показатель преломления материала оболочки световода, который, как правило, превышает критический угол для одномодового световода 
Известен одновременный способ стыковки пары и более канальных волноводов с помощью укладки стыкуемых световодов в V-образные канавки, которые нарезаны в подложке ниобата лития с определенным шагом. Шаг выбирается таким образом, чтобы у уложенных в них одномодовых световодов расстояние между световедущими жилами было строго фиксировано и равнялось расстоянию между канальными волноводами интегрально-оптической схемы. Укладка световодов в V-образные канавки должна производиться с учетом обеспечения сохранения состояния поляризации оптического излучения, проходящего из канального волновода в световод и обратно. Канальные волноводы, сформированные в подложке ниобата лития по титан-диффузионной технологии, являются сохраняющими состояние поляризации излучения из-за наличия двулучепреломления в кристалле ниобата лития, а также за счет эллиптичности формы световодов, то есть в канальном волноводе имеются ортогональные оси двулучепреломления, которые ориентированы, как правило, в плоскости подложки и перпендикулярно ей. Для стыковки с канальными волноводами интегрально-оптической схемы волоконно-оптического гироскопа используются одномодовые волоконные световоды, сохраняющие поляризацию оптического излучения, также наведенного в световедущей жиле за счет линейного двулучепреломления. Двулучепреломление в световедущей жиле наводится либо за счет придания ей эллиптической формы, либо созданием в ней регулярных механических напряжений. Регулярные механические напряжения в световедущей жиле создаются специально сформированными с двух противоположных направлений от световедущих жил зонами, состоящими из материала с коэффициентом температурного расширения, превышающим коэффициент температурного расширения остального материала световода, и поэтому они создают в световедущей жиле строго ориентированные, растягивающие световедущую жилу усилия. В этом случае в световедущей жиле за счет фотоупругого эффекта возникает линейное двулучепреломление, имеющее две ортогональные оси ("быструю" и "медленную"), одна из которых совпадает с направлением растяжения световедущей жилы. Зоны создающие регулярные механические напряжения, могут быть самой различной формы: эллиптической (оболочка эллиптической формы вокруг световедущей жилы), веерообразной формы (световод типа "галстук-бабочка"), круговой формы (световод типа "PANDA"). Для обеспечения сохранения состояния поляризации оптического излучения в месте стыковки канальных волноводов интегрально-оптической схемы необходимо обеспечивать взаимную ориентацию осей двулучепреломления в канальных волноводах и световедущих жилах стыкуемых одномодовых световодов. В случае формирования канальных волноводов в подложке ниобата лития по протонобменной технологии он приобретает свойство проводить только одно линейное состояние поляризации, то есть он является поляризующим волноводом, обладающим строго ориентированной осью пропускания. В этом случае световоды в V-образных канавках ориентируются таким образом, чтобы ось пропускания излучения канального волновода совпадала с одной из двух осей двулучепреломления в световедущей жиле стыкуемого одномодового световода.A simultaneous method is known for docking a pair or more channel waveguides by stacking interlocking optical fibers in V-shaped grooves, which are cut into a lithium niobate substrate with a certain step. The step is chosen in such a way that the distance between the light guide wires of the single-mode fibers laid in them is strictly fixed and equal to the distance between the channel waveguides of the integrated optical circuit. The placement of optical fibers in V-grooves should be carried out taking into account the preservation of the polarization state of the optical radiation passing from the channel waveguide to the optical fiber and vice versa. Channel waveguides formed in a lithium niobate substrate using titanium diffusion technology preserve the state of radiation polarization due to birefringence in a lithium niobate crystal, and also due to the ellipticity of the shape of the waveguides, i.e., the channel waveguide has orthogonal birefringence axes that are oriented, usually in the plane of the substrate and perpendicular to it. For coupling with channel waveguides of the integrated optical circuit of a fiber-optic gyroscope, single-mode fiber optic fibers are used that preserve the polarization of optical radiation, also induced in the light guide due to linear birefringence. Birefringence in a light guide vein is induced either by giving it an elliptical shape, or by creating regular mechanical stresses in it. Regular mechanical stresses in the light guide conductor are created by zones consisting of a material with a coefficient of thermal expansion exceeding the coefficient of thermal expansion of the remaining material of the light guide from two opposite directions from the light guide conductor, and therefore they create strictly oriented forces in the light guide conductor. In this case, in the light guide, due to the photoelastic effect, linear birefringence occurs, which has two orthogonal axes (“fast” and “slow”), one of which coincides with the direction of extension of the light guide. Zones that create regular mechanical stresses can be of very different shapes: elliptical (sheath of an elliptical shape around the light guide core), fan-shaped (optical fiber such as a bow tie), circular shape (optical fiber like PANDA). To ensure the preservation of the polarization state of optical radiation at the junction of the channel waveguides of the integrated optical circuit, it is necessary to ensure the mutual orientation of the birefringence axes in the channel waveguides and optical fibers of the joined single-mode optical fibers. In the case of the formation of channel waveguides in the substrate of lithium niobate using proton exchange technology, it acquires the ability to conduct only one linear state of polarization, that is, it is a polarizing waveguide with a strictly oriented transmission axis. In this case, the optical fibers in the V-shaped grooves are oriented so that the transmission axis of the channel waveguide radiation coincides with one of the two birefringence axes in the light guide of the joined single-mode optical fiber.
После укладки ориентированных определенным образом световодов в V-образные канавки они фиксируются в них с помощью специального оптического клея, после чего торец подложки с уложенными и вклеенными в V-канавки одномодовыми световодами, сохраняющими поляризацию оптического излучения, подвергается полировке с обеспечением угла скоса θ1=(n2/nc)θ0. Далее подготовленный таким образом стыковочный узел совмещается с торцом подложки интегрально-оптической схемы так, чтобы обеспечить соединение канальных волноводов со световедущими жилами одномодовых световодов, после чего осуществляется фиксация их взаимного положения с помощью специального оптического клея ультрафиолетового отверждения. Особенностью этого клея является то, что для уменьшения отражения от торцевых поверхностей в месте стыка он имеет, по возможности, среднее значение показателя преломления между показателями преломления материалов канального волновода и световедущей жилы. Другой особенностью специального оптического клея является то, что его полное отверждение происходит за время от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от дозы ультрафиолетового излучения.After laying the fibers oriented in a certain way in the V-grooves, they are fixed in them using a special optical glue, after which the end face of the substrate with single-mode optical fibers laid and glued into the V grooves, which preserve the polarization of the optical radiation, is polished with an oblique angle θ 1 = (n 2 / n c ) θ 0 . Further, the docking unit prepared in this way is combined with the end face of the integrated optical circuit so as to ensure the connection of the channel waveguides with the light guide wires of single-mode optical fibers, after which their relative position is fixed using a special UV-curing optical adhesive. A feature of this glue is that to reduce reflection from the end surfaces at the junction, it has, if possible, an average value of the refractive index between the refractive indices of the materials of the channel waveguide and the light guide core. Another feature of special optical glue is that it completely cures in a few seconds to several minutes, depending on the dose of ultraviolet radiation.
Одним из недостатков известного способа стыковки пары канальных волноводов интегрально-оптической схемы волоконно-оптического гироскопа с парой одномодовых световодов, сохраняющих поляризацию оптического излучения, является то, что у реальных световодов световедущая жила имеет непредсказуемые смещения относительно геометрического центра поперечного сечения световода, особенно это касается световодов, сохраняющих поляризацию оптического излучения. Таким образом, несмотря на высокую точность нарезания в подложке V-образных канавок в смысле постоянства расстояния между ними, тем не менее расстояние между световедущими жилами уложенных в эти канавки одномодовых световодов будут нестабильными из-за непредсказуемых смещений световедущих жил относительно геометрического центра поперечного сечения световодов, следствием чего будет значительное возрастание потерь оптической мощности в местах стыка канальных волноводов с одномодовыми световодами из-за их пространственного рассовмещения.One of the disadvantages of the known method of coupling a pair of channel waveguides of the integrated optical circuit of a fiber-optic gyroscope with a pair of single-mode optical fibers preserving the polarization of optical radiation is that real fibers have unpredictable bias relative to the geometric center of the cross section of the optical fiber, especially for optical fibers preserving the polarization of optical radiation. Thus, despite the high accuracy of cutting V-grooves in the substrate in the sense of a constant distance between them, nevertheless, the distance between the light guide wires of the single-mode optical fibers laid in these grooves will be unstable due to unpredictable displacements of the light guide wires relative to the geometric center of the cross section of the optical fibers, the consequence of which will be a significant increase in the loss of optical power at the junction of channel waveguides with single-mode fibers due to their spatial distribution eniya.
Другим недостатком известного способа является то, что процесс ориентации осей двулучепреломления одномодовых световодов относительно плоскости подложки при их укладке в V-образные канавки является достаточно трудоемким и трудно контролируемым и поэтому качество ориентации осей двулучепреломления может оказаться достаточно низким, что приводит к возникновению центров связи поляризационных мод одномодовых световодов при прохождении линейно поляризованного излучения из канального волновода в одномодовый световод в месте их стыка. Наличие центров связи поляризационных мод в одномодовых световодах с большим линейным двулучепреломлением, в конечном счете, приводит к нестабильности "нуля" волоконно-оптического гироскопа при воздействии на чувствительную катушку кольцевого интерферометра внешних дестабилизирующих факторов.Another disadvantage of the known method is that the orientation process of the birefringence axes of single-mode fibers relative to the plane of the substrate when they are laid in V-shaped grooves is rather laborious and difficult to control and therefore the quality of orientation of the birefringence axes can be quite low, which leads to the appearance of coupling centers of polarization modes single-mode fibers during the passage of linearly polarized radiation from the channel waveguide to a single-mode fiber at the junction. The presence of coupling centers of polarization modes in single-mode optical fibers with large linear birefringence, ultimately, leads to instability of the “zero” of the fiber-optic gyroscope when external sensitive destabilizing factors are exposed to the sensitive coil of the ring interferometer.
Еще одним недостатком известного способа стыковки является непрочность клеевого соединения подложки интегрально-оптической схемы и стыковочного узла с одномодовыми световодами при воздействии вибраций и влаги. Оптические клеи ультрафиолетового отверждения не обеспечивают достаточной прочности фиксации подложки схемы с узлом при нахождении в условиях влажной атмосферы.Another disadvantage of the known joining method is the fragility of the adhesive bonding of the substrate of the integrated optical circuit and the docking unit with single-mode optical fibers under the influence of vibration and moisture. Ultraviolet curing optical adhesives do not provide sufficient fixation strength for the circuit substrate with the assembly when in a humid atmosphere.
Целью настоящего изобретения является уменьшение потерь оптической мощности излучения в местах стыка пары канальных волноводов интегрально-оптической схемы волоконно-оптического гироскопа с парой одномодовых волоконных световодов. Другой целью настоящего изобретения является повышение стабильности "нуля" волоконно-оптического гироскопа. Еще одной целью изобретения является повышение прочности клеевого соединения подложки интегрально-оптической схемы со стыковочным узлом.The aim of the present invention is to reduce the loss of optical radiation power at the junction of a pair of channel waveguides of the integrated optical circuit of a fiber optic gyroscope with a pair of single-mode fiber optical fibers. Another objective of the present invention is to increase the stability of the “zero” fiber optic gyroscope. Another objective of the invention is to increase the strength of the adhesive bonding of the substrate of the integrated optical circuit with the docking station.
Указанная цель достигается тем, что для стыковки с парой канальных волноводов интегрально-оптической схемы используют двухжильный световод с подобранным расстоянием между жилами и их числовыми апертурами, канализирующий по световедущим жилам, по крайней мере, одно состояние поляризации оптического излучения, с расстоянием между световедущими жилами d>h, где h - расстояние между канальными волноводами интегрально-оптической схемы, на участке двухжильного световода выполняют биконическую перетяжку длиной LП≤10 мм, после чего производят скол световода в области шейки биконической перетяжки. Далее, участок двухжильного световода вставляют во внутренне отверстие кварцевого капилляра с внешним диаметром DК и фиксируют его с помощью клея с подобранным показателем преломления, после чего сошлифовывают торец двухжильного световода вместе с кварцевым капилляром под углом θ1 в месте перетяжки двухжильного световода, в котором расстояние между световедущими жилами d'=h, затем торец подложки интегрально-оптической схемы с парой канальных волноводов отшлифовывают вместе с наклеенными сверху и снизу подложки двумя кварцевыми пластинами, толщину которых подбирают таким образом, чтобы центральные оси канальных волноводов находились на одинаковом расстоянии от краев нижней и верхней наклеенных на подложку кварцевых пластин, причем суммарную толщину Н подложки вместе с толщиной кварцевых пластин подбирают так, что Н≥DK, после совмещения и склейки пары канальных волноводов интегрально-оптической схемы с парой световедущих жил двухжильного световода проводят дополнительную фиксацию их взаимного пространственного расположения с помощью сварки кварцевого капилляра с вклеенным в него двухжильным световодом в местах касания с кварцевыми пластинами, наклеенными на подложку интегрально-оптической схемы. Указанная цель достигается еще и тем, что изготавливают стыковочный узел, включающий в себя капилляр с вклеенным в него двухжильным световодом, для стыковки с парой канальных волноводов интегрально-оптической схемы, при этом используют два отрезка одномодовых световодов с D-образным профилем поперечного сечения, для чего световоды совмещают друг с другом своими плоскими поверхностями, а затем помещают их внутрь кварцевого капилляра с диаметром внутреннего отверстия, равным максимальному размеру поперечного сечения двух сложенных вместе световодов, а расстояние между световедущими жилами d', равное расстоянию между канальными волноводами h обеспечивают путем травления внешней поверхности световодов перед их совмещением. Уменьшение потерь оптической мощности достигается за счет точного подбора расстояния между световедущими жилами двухжильного световода, равного расстоянию между канальными волноводами интегрально-оптической схемы волоконно-оптического гироскопа. Точное расстояние подбирается опытным путем на участке двухжильного световода, на котором выполнена его перетяжка. На участке перетяжки расстояние между световедущими жилами в двухжильном световоде плавно изменяется и всегда можно найти тот участок перетяжки, на котором расстояние между ними точно соответствует расстоянию между канальными волноводами. Уменьшение потерь в самих канальных волноводах достигается за счет уменьшения радиуса их изгиба в Y-делителе оптической мощности, которое достигается за счет уменьшения расстояния между канальными волноводами на торце подложки интегрально-оптической схемы.This goal is achieved by the fact that for pairing with a pair of channel waveguides of the integrated optical circuit, a two-core fiber with a selected distance between the veins and their numerical apertures is used, channeling along at least one state of optical radiation polarization with the distance between the light guides d > h, where h is the distance between the channel waveguides of the integrated optical circuit, a biconical constriction with a length of L P ≤10 mm is made in the area of the two-core fiber, and then fiber cleavage in the neck region of the biconical constriction. Next, a section of a two-core fiber is inserted into the inner hole of a quartz capillary with an external diameter D K and fixed with glue with a selected refractive index, then the end face of the two-core fiber is ground together with a quartz capillary at an angle θ 1 at the waist of the two-core fiber, in which the distance between the light guide wires d '= h, then the end face of the integrated optical circuit substrate with a pair of channel waveguides is ground together with two quartz layers pasted on top and bottom of the substrate us, the thickness of which is chosen so that the central axes of the channel waveguides are the same distance from the edges of the top and bottom pasted onto a substrate of quartz plates, the total thickness H of the substrate with the thickness of the quartz plate selected so that N≥D K, after combining and gluing a pair of channel waveguides of an integrated optical circuit with a pair of light guide wires of a two-core fiber conducts additional fixation of their mutual spatial arrangement by welding a quartz capillary glued to it with a two-core light guide in areas of contact with the quartz plates, pasted on a substrate integral-optical circuit. This goal is also achieved by the fact that they make a docking unit, which includes a capillary with a two-core fiber glued into it, for joining a pair of channel waveguides of an integrated optical circuit, using two segments of single-mode fiber with a D-shaped cross-sectional profile, for whereby the optical fibers combine with each other with their flat surfaces, and then place them inside the quartz capillary with a diameter of the inner hole equal to the maximum cross-sectional size of two folded those of the optical fibers, and the distance between the optical fibers d 'equal to the distance between the channel waveguides h is provided by etching the outer surface of the optical fibers before combining them. Reducing optical power losses is achieved by accurately selecting the distance between the light guide wires of the two-core fiber equal to the distance between the channel waveguides of the integrated optical circuit of a fiber-optic gyroscope. The exact distance is selected empirically in the area of the two-core fiber, on which it is constricted. In the hauling section, the distance between the light guide wires in the two-core fiber changes smoothly and you can always find the hauling section in which the distance between them exactly corresponds to the distance between the channel waveguides. The reduction of losses in the channel waveguides themselves is achieved by reducing the radius of their bending in the Y-splitter of the optical power, which is achieved by reducing the distance between the channel waveguides at the end of the substrate of the integrated optical circuit.
Повышение стабильности "нуля" волоконно-оптического гироскопа достигается за счет обеспечения более точного совмещения осей двулучепреломления канальных волноводов и световедущих жил стыкуемого двухжильного световода, так как при совмещении канальных волноводов и световедущих жил происходит автоматическая ориентация осей двулучепреломления. Повышение стабильности "нуля" достигается также и за счет использования поляризующего двухжильного световода.Improving the zero stability of a fiber-optic gyroscope is achieved by providing a more accurate alignment of the birefringence axes of the channel waveguides and light guide wires of the joined two-core fiber, since when the channel waveguides and light guide wires are combined, the birefringence axes are automatically oriented. Improving the stability of "zero" is also achieved through the use of a polarizing two-core fiber.
Повышение механической прочности клеевого соединения канальных волноводов и световедущих жил двухжильного световода достигается за счет сварки между собой специальных кварцевых пластин, наклеенных на подложку интегрально-оптической схемы сверху и снизу с кварцевым капилляром, внутрь которого помещен двухжильный световод.An increase in the mechanical strength of the glue connection of channel waveguides and light guide wires of a two-core fiber is achieved by welding together special quartz plates glued onto the substrate of the integrated optical circuit above and below with a quartz capillary, into which a two-core fiber is placed.
Уменьшение потерь оптической мощности в местах стыка интегрально-оптической схемы с двумя световодами с D-образной формой поперечного сечения достигается за счет точного подбора расстояния между световедущими жилами путем травления наружной поверхности световодов с D-образной формой поперечного сечения.Reducing the loss of optical power at the junction of the integrated optical circuit with two optical fibers with a D-shaped cross-section is achieved by accurately selecting the distance between the optical fibers by etching the outer surface of optical fibers with a D-shaped cross-section.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На Фиг.1 показана оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа. На Фиг.2 показаны конструкции двухжильных световодов, сохраняющих поляризацию излучения, и конструкция поляризующего двухжильного световода, которые могут быть использованы для стыковки с парой канальных волноводов интегрально-оптической схемы. На Фиг.3 показан общий вид стыковочного узла и принцип подбора нужного расстояния между световедущими жилами в двухжильном световоде с помощью биконической перетяжки. На Фиг.4 показан принцип фиксации стыковочного узла с помощью сварки со стеклянными пластинами, наклеенными на поверхности подложки интегрально-оптической схемы. На Фиг.5 показана усовершенствованная полировка торца подложки интегрально-оптической схемы с наклеенными кварцевыми пластинами и способ ее дополнительной фиксации со стыковочным узлом. На Фиг.6 показан общий вид интегрально-оптической схемы с пристыкованными узлами, расположенными на общей кварцевой подложке. На Фиг.7 показан принцип формирования стыковочного узла с использованием одиночных световодов, сохраняющих поляризацию оптического излучения с D-образным профилем поперечного сечения.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the optical diagram of a ring interferometer fiber optic gyroscope. Figure 2 shows the design of two-core optical fibers that preserve the polarization of radiation, and the design of a polarizing two-core optical fiber, which can be used to interface with a pair of channel waveguides of the integrated optical circuit. Figure 3 shows a General view of the docking unit and the principle of selecting the desired distance between the light guide wires in a two-core fiber using a biconical constriction. Figure 4 shows the principle of fixing the docking unit by welding with glass plates glued on the surface of the substrate of the integrated optical circuit. Figure 5 shows an improved polishing of the end face of the substrate of the integrated optical circuit with glued quartz plates and the method of its additional fixation with the docking station. Figure 6 shows a General view of the integrated optical circuit with docked nodes located on a common quartz substrate. Figure 7 shows the principle of forming a docking unit using single optical fibers that preserve the polarization of optical radiation with a D-shaped cross-sectional profile.
Кольцевой интерферометр волоконно-оптического гироскопа содержит в своем составе источник оптического излучения 1 (Фиг.1), первый волоконный разветвитель 2, интегрально-оптическую схему 3, волоконную чувствительную катушку 4 и фотоприемник 5. Для устранения обратноотраженных лучей торцы подложки интегрально-оптической схемы имеют угол скоса 
Для обеспечения высоких точностных характеристик волоконно-оптических гироскопов необходимо обеспечение малых потерь оптической мощности в интегрально-оптической схеме, а также одинаковой мощности лучей, распространяющихся по световоду чувствительной катушки в двух взаимно противоположных направлениях. Оба эти условия могут быть выполнены только в случае, если расстояние между канальными волноводами и световедущими жилами одинаково. Этого можно добиться, если стыковать пару канальных волноводов интегрально-оптической схемы со специальным двухжильным световодом. Двухжильный световод изготавливается следующим образом [3]. Заготовку для одномодового волоконного световода, сохраняющего поляризацию излучения, отшлифовывают с одной стороны таким образом, чтобы плоскость шлифовки была параллельна одной из двух осей двулучепреломления, наведенного в световедущей жиле. После этого поперек отшлифованной плоской поверхности нарезаются канавки полукруглой формы шириной и глубиной 0.6-1 мм. Затем таким же образом подготавливается вторая заготовка, после чего эти две заготовки совмещаются друг с другом своими плоскими поверхностями с обязательным совмещением поперечных канавок и сплавляются друг с другом на тепломеханическом станке изготовления заготовок так, чтобы поперек заготовки оставались воздушные промежутки, образованные поперечными канавками. После этого на установке вытяжки световодов вытягивается световод, который состоит из чередующихся участков. Один участок представляет собой двухжильный световод, а другой - два самостоятельных отрезка световодов, находящихся в общем защитно-упрочняющем покрытии, каждый из которых содержит в себе одну из световедущих жил двухжильного световода. На Фиг.2 показаны поперечные сечения возможных конструкций двухжильных световодов, сохраняющих поляризацию оптического излучения. Двухжильный световод 6 содержит две световедущие жилы эллиптической формы 7. Двулучепреломление в таких световодах возникает из-за эллиптичности формы световедущих жил. Оси двулучепреломления такого световода совпадают с большой и малой осями эллипса ("медленная" и "быстрая" оси). Использование двухжильного световода со световедущими жилами эллиптической формы целесообразно при стыковке с парой канальных волноводов, имеющих разные размеры канала в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Как правило, оси двулучепреломления или ось пропускания (поляризующий канальный волновод) также совпадает с направлениями максимального и минимального размеров канальных волноводов.To ensure high accuracy characteristics of fiber-optic gyroscopes, it is necessary to ensure small losses of optical power in the integrated optical circuit, as well as the same power of the rays propagating along the fiber of the sensitive coil in two mutually opposite directions. Both of these conditions can be fulfilled only if the distance between the channel waveguides and the light guide wires is the same. This can be achieved by joining a pair of channel waveguides of the integrated optical circuit with a special two-wire fiber. A two-core fiber is made as follows [3]. A blank for a single-mode fiber polarization-preserving fiber is ground on one side so that the grinding plane is parallel to one of the two birefringence axes induced in the light guide conductor. After this, grooves of a semicircular shape with a width and depth of 0.6-1 mm are cut across the polished flat surface. Then the second workpiece is prepared in the same way, after which these two workpieces are combined with each other with their flat surfaces with the obligatory alignment of the transverse grooves and fused with each other on the thermomechanical machine for manufacturing the workpieces so that air gaps formed by the transverse grooves remain across the workpiece. After that, the fiber guide, which consists of alternating sections, is drawn at the installation of the extraction of optical fibers. One section is a two-core fiber, and the other is two separate segments of fibers that are in a common protective-reinforcing coating, each of which contains one of the light guide wires of a two-core fiber. Figure 2 shows the cross-section of the possible designs of two-core optical fibers that preserve the polarization of optical radiation. The two-
Для стыковки с канальными волноводами интегрально-оптической схемы также может использоваться двухжильный световод 8 с круглой световедущей жилой 9, отражающей оболочкой 10 и растягивающей ее оболочкой эллиптической формы 11. Оболочка состоит из материала с температурным коэффициентом линейного расширения, значительно превышающим соответствующий коэффициент остального материала световода, и поэтому эллиптическая оболочка в круглой световедущей жиле создает регулярные механические напряжения, за счет которых, благодаря фотоупругому эффекту, в ней наводится линейное двулучепреломление. Оси двулучепреломления в световедущей жиле также совпадают с большой и малыми осями эллипса наружной оболочки.For joining with the channel waveguides of the integrated optical circuit, a two-
Для стыковки также может использоваться двухжильный световод 12 с круглыми световедущими жилами 13 и зонами 14 веерообразной формы (световод типа "галстук-бабочка"), создающими регулярные механические напряжения. В двухжильном световоде 15 с круглыми световедущими жилами 16 регулярные механические напряжения создаются зонами 17 круговой формы (световод типа "PANDA"). В световодах типа "галстук-бабочка" и "PANDA" одна из двух осей двулучепреломления совпадает с линией, соединяющей центр световедущей жилы и геометрические центры зон, создающих в световедущей жиле регулярные механические напряжения.For joining, a two-
При использовании протонно-обменной технологии формирования канальных волноводов интегрально-оптической схемы, позволяющей получить поляризующие волноводы, целесообразно использовать также поляризующий одномодовый двухжильный световод 18, содержащий световедущие жилы 19, отражающую оболочку 20 с пониженным относительно чистого кварца показателем преломления (W-профиль распределения показателя преломления в заготовке) и нагружающие зоны круговой формы 21. Особенностью световодов с W-профилем показателя преломления является то, что они имеют быстровозрастающие спектральные потери практически сразу же за длиной волны отсечки в длинноволновой области спектра. В световодах с большим линейным двулучепреломлением, сосредоточенным только в световедущей жиле, две собственные поляризационные моды имеют различные длины волн отсечки и поэтому существует спектральное окно, в котором наблюдается однополяризационный режим работы световода [4].When using the proton-exchange technology for the formation of channel waveguides of an integrated optical circuit, which makes it possible to obtain polarizing waveguides, it is also advisable to use a polarizing single-mode two-
Стыковка пары канальных волноводов интегрально-оптической схемы с двухжильным световодом производится следующим образом. При изготовлении двухжильного световода обеспечивается расстояние между световедущими жилами, несколько превышающее расстояние между канальными волноводами. Этот процесс является достаточно хорошо регулируемым, так как заготовки для световода имеют внешний диаметр ~8-9 мм, а световедущая жила ~0.4-0.8 мм в зависимости от рабочей длины волны в спектральном диапазоне 0.8-1.5 мкм. При таких размерах заготовки и световедущей жилы в ней расстояние от отшлифованной поверхности до световедущей жилы регулируется с достаточной степенью точности. Для точного подбора расстояния между световедущими жилами на участке двухжильного световода 2 (Фиг.3) выполняется биконическая перетяжка 23 с таким расчетом, чтобы в области шейки 24 биконической перетяжки расстояние между световедущими жилами двухжильного световода было несколько меньше расстояния между канальными волноводами интегрально-оптической схемы. После этого в области шейки биконической перетяжки осуществляется скол двухжильного световода и двухжильный световод помещается во внутреннее отверстие кварцевого капилляра 25 с диаметром DK и фиксируется в нем с помощью специального оптического клея 26 с малым коэффициентом усадки при отвердевании. Далее осуществляется срез 27 кварцевого капилляра в месте, где расстояние между световедущими жилами точно соответствует расстоянию между канальными волноводами под углом 
Перед операцией совмещения стыковочного узла с интегрально-оптической схемой на подложку 28 (Фиг.4) интегрально-оптической схемы со сформированными в ней канальными волноводами 29 сверху и снизу наклеиваются кварцевые пластины 30 и 31. Их толщина выбирается таким образом, чтобы суммарная толщина Н кварцевых пластин и подложки была равна или превышала диаметр DK кварцевого капилляра, используемого при изготовлении стыковочного узла, то есть H≥DK. При этом толщина кварцевых пластин выбирается таким образом, чтобы центры канальных волноводов находились на одинаковом расстоянии H/2 от верхней и нижней границ пластин. После этого производят совмещение канальных волноводов и световедущих жил двухжильного световода и фиксируют оптическим клеем ультрафиолетового отверждения. После отверждения клея производят дополнительную фиксацию стыковочного узла относительно подложки интегрально-оптической схемы с помощью, например, точечной сварки кварцевого капилляра стыковочного узла с кварцевыми пластинами, наклеенными на подложку интегрально-оптической схемы в местах 32. Точечная сварка может производиться с помощью либо кислородно-водородной микрогорелки, либо с помощью точечной лазерной сварки. Наиболее предпочтительным вариантом геометрии дополнительной фиксации в рассматриваемом случае является вариант, когда точки фиксации лежат в вершинах квадрата.Before the operation of combining the docking unit with the integrated optical circuit to the substrate 28 (Figure 4) of the integrated optical circuit with
Другим вариантом фиксации, который позволяет уменьшить диаметр кварцевого капилляра стыковочного узла и невыхождение его за пределы суммарной толщины подложки интегрально-оптической схемы с наклеенными на нее кварцевыми пластинами, является вариант, когда осуществляется дополнительная сошлифовка торца интегрально-оптической схемы, причем плоскости дополнительной сошлифовки 33 должны составлять угол с плоскостью торца интегрально-оптической схемы β≥θ0 (Фиг.5), где θ0 - угол, обеспечивающий устранение обратноотраженных лучей от торцов канальных волноводов, при этом ширина и высота области 34 по размерам должна соответствовать диаметру кварцевого капилляра стыковочного узла, поэтому дополнительную фиксацию стыковочного узла относительно интегрально-оптической схемы можно осуществить в местах 35 (Фиг.5). В этом случае точечную сварку можно осуществлять в восьми точках, что позволяет значительно повысить стабильность пространственного положения канальных волноводов интегрально-оптической схемы относительно световедущих жил двухжильного световода. Интегрально-оптическая схема с пристыкованными к ее концам стыковочными узлами (узел с одножильным световодом 36 (Фиг.6)) может располагаться и фиксироваться на общем основании 37, представляющем собой также кварцевую пластину, что также способствует обеспечению более высокой устойчивости характеристик интегрально-оптической схемы в условиях воздействия на нее внешних дестабилизирующих факторов (температуры, вибраций и т.д.).Another fixation option, which allows one to reduce the diameter of the quartz capillary of the docking unit and not to leave it outside the total thickness of the substrate of the integrated optical circuit with quartz plates glued onto it, is an option when additional grinding of the end face of the integrated optical circuit is carried out, and the additional grinding planes 33 must form an angle with the plane of the end face of the optical integrated-circuit β≥θ 0 (5) where θ 0 - angle to allow removal obratnootrazhennyh rays from the end channel waveguides, the width and height of the
Одним из достоинств использования двухжильных световодов для стыковки с парой канальных волноводов интегрально-оптической схемы является то, что их конструкции и особенности изготовления допускают значительные уменьшения расстояний между канальными волноводами, которые в настоящее время используются на практике. При использовании технологии изготовления стыковочных узлов с помощью нарезки V-канавок с последующей укладкой в них одиночных световодов, расстояние между световедущими жилами соседних волокон не может быть меньше диаметра световода. При использовании двухжильных световодов это расстояние может быть меньше диаметра световодов. Возможность уменьшения расстояния между канальными волноводами позволяет увеличить радиус их кривизны в Y-делителе интегрально-оптической мощности, что позволяет значительно уменьшить потери оптической мощности излучения, распространяющегося в Y-делителе.One of the advantages of using two-core optical fibers for docking with a pair of channel waveguides of an integrated optical circuit is that their designs and manufacturing features allow significant reductions in the distances between channel waveguides, which are currently used in practice. When using the technology for manufacturing docking nodes by cutting V-grooves with the subsequent laying of single optical fibers in them, the distance between the light guide veins of adjacent fibers cannot be less than the diameter of the optical fiber. When using two-core fibers, this distance may be less than the diameter of the fibers. The possibility of reducing the distance between the channel waveguides makes it possible to increase the radius of their curvature in the Y-splitter of integrated optical power, which can significantly reduce the loss of optical power of the radiation propagating in the Y-splitter.
Двухжильные световоды в случае использования для стыковки с канальными волноводами также позволяет уменьшить трудоемкость технологического процесса ориентации осей двулучепреломления стыкуемых одномодовых волоконных световодов, сохраняющих поляризацию оптического излучения.When used for docking with channel waveguides, two-core fibers also reduces the complexity of the technological process of orienting the birefringence axes of mating single-mode optical fibers that preserve the polarization of optical radiation.
Точность ориентации осей двулучепреломления двухжильного световода всецело зависит от точности шлифовки заготовки для световода, сохраняющего поляризацию излучения при изготовлении двухжильного световода. Точность ориентации осей двулучепреломления закладывается на стадии изготовления заготовки двухжильного световода и зависит от того, насколько плоскость шлифовки заготовки параллельна одной из двух осей двулучепреломления в заготовке. Ориентация осей двулучепреломления двухжильного световода при стыковке с канальными волноводами интегрально-оптической схемы при совмещении пары световедущих жил и пары канальных волноводов происходит автоматически, а при изготовлении стыковочного узла ориентации осей двулучепреломления не требуется.The orientation accuracy of the birefringence axes of a two-core fiber completely depends on the accuracy of grinding the workpiece for the fiber, which preserves the polarization of radiation in the manufacture of a two-core fiber. The orientation accuracy of the birefringence axes is laid at the stage of manufacturing a billet of a two-core fiber and depends on how much the grinding plane of the workpiece is parallel to one of the two birefringence axes in the workpiece. The orientation of the birefringence axes of a two-core fiber when docked with channel waveguides of an integrated optical circuit when a pair of light guide wires and a pair of channel waveguides are combined, is automatic, and in the manufacture of a docking unit, the orientation of the birefringence axes is not required.
Но наиболее предпочтительной стыковкой канальных волноводов интегрально-оптической схемы с точки зрения обеспечения высоких точностных характеристик волоконно-оптического гироскопа является стыковка с однополяризационными одномодовыми световодами. Стабильность нуля волоконно-оптического гироскопа в зависимости от поляризационных характеристик оптических компонентов кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа можно представить в виде:But the most preferred docking of channel waveguides of the integrated optical circuit from the point of view of ensuring high accuracy characteristics of the fiber-optic gyroscope is docking with unipolarized single-mode fibers. The zero stability of a fiber-optic gyroscope, depending on the polarization characteristics of the optical components of the ring interferometer of a fiber-optic gyroscope, can be represented as:
где ΔψП - паразитная разность фаз лучей кольцевого интерферометра из-за несовершенства поляризационных характеристик его элементов,where Δψ P is the spurious phase difference of the rays of the ring interferometer due to the imperfection of the polarization characteristics of its elements,
ηζ - остаточная степень поляризации излучения источника,ηζ is the residual degree of polarization of the radiation source,
ε2 - коэффициент поляризационной экстинкции протонно-обменного канального волновода на длине входного канального волновода и одного из его выходных плеч,ε 2 is the polarization extinction coefficient of the proton-exchange channel waveguide along the length of the input channel waveguide and one of its output arms,
α - доля мощности поляризационной моды, переходящей в ортогональную в месте стыка канального волновода со световедущеи жилой одномодового световода,α is the fraction of the power of the polarization mode, which becomes orthogonal at the junction of the channel waveguide with the light guide of a single-mode residential fiber,
h - коэффициент межмодовой поляризационной связи в пристыкованных к канальным волноводам одномодовых световодах,h is the intermode polarization coupling coefficient in single-mode optical fibers docked to the channel waveguides,
Lγ - длина деполяризации излучения в пристыкованных световодах,L γ is the depolarization length of the radiation in the joined optical fibers,
LМ - длина выходного плеча Y-делителя интегрально-оптической схемы.L M - the length of the output arm of the Y-divider of the integrated optical circuit.
В высокоточных волоконно-оптических гироскопах очень часто используются волоконные суперфлюоресцентные источники, которые имеют следующие типичные характеристики:In high-precision fiber-optic gyroscopes, fiber superfluorescent sources are very often used, which have the following typical characteristics:
ηζ=10-2,ηζ = 10 -2 ,
λ0=1550 мкм - центральная длина волны излучения,λ 0 = 1550 μm - the central wavelength of the radiation,
Δλ=10 нм - ширина линии излучения.Δλ = 10 nm is the width of the emission line.
Канальные волноводы, сформированные по протонно-обменной технологии имеют коэффициент поляризационной экстинкции ~ε2=10-6 и длину выходных плеч Y-делителя LМ=20 мм. Одномодовые волоконные световоды с большим линейным двулучепреломлением имеют длину поляризационных биений ≅50 мм (на длине волны λ0=1550 нм) и коэффициент межмодовой поляризационной связи h=10-4 1/м. В волоконно-оптическом гироскопе с параметрами чувствительной катушки R=0.05 м (радиус чувствительной катушки), L=103 м (длина световода чувствительной катушки), при этом Lγ=0.045 м, паразитное смещение нуля α=0 будет составлять Δ Ωпар≈0.0045 град/час. Случай α=0 соответствует ситуации, когда ось пропускания протонно-обменного волновода Y-делителя интегрально-оптической схемы при стыковке идеально сориентирована с одной из двух осей двулучепреломления одномодового волоконного световода. В случае же, когда рассогласование осей будет, например, порядка 1°, паразитное смещение нуля волоконно-оптического гироскопа возрастает до величины 0.4 град/час, то есть паразитное смещение нуля волоконно-оптического гироскопа возрастает почти в 100 раз. В условиях изменения температуры окружающей среды эта величина паразитного смещения нуля будет определять случайную составляющую дрейфа нуля прибора. Решением проблемы обеспечения стабильности нуля волоконно-оптического гироскопа может быть использование однополяризационных одномодовых световодов для стыковки с канальными волноводами Y-делителя. В этом случае даже при наличии нарушения ориентации осей пропускания канальных волноводов и одномодовых волоконных световодов, ортогональная составляющая поляризации в одномодовом световоде эффективно отфильтровывается поляризующим световодом и паразитное смещение нуля волоконно-оптического гироскопа резко уменьшается.Channel waveguides formed by the proton-exchange technology have a polarization extinction coefficient of ~ ε 2 = 10 -6 and the length of the output arms of the Y-divider L M = 20 mm. Single-mode optical fibers with large linear birefringence have a polarization beat length of ≅50 mm (at a wavelength of λ 0 = 1550 nm) and an inter-mode polarization coupling coefficient of h = 10 -4 1 / m. In a fiber-optic gyroscope with the parameters of the sensitive coil R = 0.05 m (radius of the sensitive coil), L = 10 3 m (fiber length of the sensitive coil), with L γ = 0.045 m, the spurious zero offset α = 0 will be Δ Ω pairs ≈0.0045 deg / hour. The case α = 0 corresponds to the situation when the transmission axis of the proton-exchange waveguide of the Y-splitter of the integrated optical circuit when docked is ideally oriented with one of the two birefringence axes of a single-mode fiber waveguide. In the case when the mismatch of the axes is, for example, of the order of 1 °, the parasitic zero offset of the fiber-optic gyroscope increases to 0.4 deg / h, that is, the parasitic zero offset of the fiber-optic gyroscope increases by almost 100 times. In conditions of changing ambient temperature, this value of parasitic zero bias will determine the random component of the zero drift of the device. The solution to the problem of ensuring the zero-stability of a fiber-optic gyroscope can be the use of unipolarized single-mode optical fibers for coupling with channel waveguides of the Y-divider. In this case, even if there is a violation of the orientation of the transmission axes of the channel waveguides and single-mode optical fibers, the orthogonal component of polarization in a single-mode optical fiber is effectively filtered by the polarizing optical fiber and the parasitic zero offset of the fiber-optic gyroscope sharply decreases.
Стыковка канальных волноводов может проводиться и с одиночными световодами, сохраняющими поляризацию излучения или поляризующими. В этом случае световод 38 (Фиг.7), находящийся в защитно-упрочняющем покрытии 39, имеет D-образную форму поперечного сечения. Световод имеет световедущую жилу 40 и нагружающие стержни круговой формы 41, наводящие в световедущей жиле двулучепреломление. Плоская поверхность световода 42 параллельна одной из двух осей двулучепреломления в жиле, направленных по осям х и y. Расстояние от плоской поверхности до центра световедущей жилы выбирают несколько больше, чем половина расстояния между канальными волноводами интегрально-оптической схемы. После снятия защитно-упрочняющего покрытия верхнюю поверхность световода подвергают травлению в плавиковой кислоте так, чтобы после травления световод 43 имел расстояние от плоской поверхности до центра световедущей жилы, равное половине расстояния между канальными волноводами. Контроль расстояния от плоской поверхности до центра световедущей жилы осуществляют с помощью инструментального микроскопа. После этого таким же образом подготавливают второй отрезок световода 44, после чего эти два световода совмещаются друг с другом своими плоскими поверхностями и помещаются внутрь капилляра 45 с внутренним диаметром, равным максимальному размеру поперечного сечения двух совмещенных друг с другом световодов. Затем капилляр с помощью газовой микрогорелки или электрического разряда установки сварки одномодовых волоконных световодов подвергают нагреванию для сплавления волокон друг с другом и с капилляром. После этого торец капилляра вместе с волокнами отшлифовывают и затем полируют. Подготовленный таким образом стыковочный узел стыкуют с канальными волноводами интегрально-оптической схемы волоконно-оптического гироскопа.Docking of channel waveguides can also be carried out with single fibers preserving the polarization of radiation or polarizing. In this case, the light guide 38 (Fig. 7), located in the protective-reinforcing
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
[1] G.A.Sanders et all "Fiber optic gyros for space, marine and aviation applications" SPIE v.2837, pp. 61-71, 1996.[1] G. A. Sanders et all "Fiber optic gyros for space, marine and aviation applications" SPIE v. 2837, pp. 61-71, 1996.
[2] H.Lefevre "The Fiber Optic Gyroscope" Artech House, INC., 1993.[2] H. Lefevre "The Fiber Optic Gyroscope" Artech House, INC., 1993.
[3] Курбатов А. и др. "Способ получения одномодового волоконного световода". Патент РФ №2043313 от 10.09.1995.[3] Kurbatov A. et al. "A method for producing a single-mode fiber waveguide". RF patent No. 2043313 dated 09/10/1995.
[4] А.М.Курбатов. "Одномодовый волоконный световод для поляризационного медового фильтра". Патент №2040493 от 25.07.95, заявка №4529325 от 9.04.90.[4] A.M. Kurbatov. "Single-mode fiber optic fiber for a polarizing honey filter." Patent No. 2040493 dated 07.25.95, application No. 4529325 dated April 9, 90.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004129371/28A RU2280882C2 (en) | 2004-10-04 | 2004-10-04 | Method of joining of integral-optical circuit for fiber-optic gyroscope with single-mode lightguides (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004129371/28A RU2280882C2 (en) | 2004-10-04 | 2004-10-04 | Method of joining of integral-optical circuit for fiber-optic gyroscope with single-mode lightguides (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004129371A RU2004129371A (en) | 2006-03-10 |
| RU2280882C2 true RU2280882C2 (en) | 2006-07-27 |
Family
ID=36116000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004129371/28A RU2280882C2 (en) | 2004-10-04 | 2004-10-04 | Method of joining of integral-optical circuit for fiber-optic gyroscope with single-mode lightguides (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2280882C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2449246C2 (en) * | 2009-10-16 | 2012-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" | Optical circuit of ring interferometer for fibre-optic gyroscope |
| EA017559B1 (en) * | 2008-04-02 | 2013-01-30 | Тиф Гмбх | Hinge for a door element attached in a pivoting way to a wall element, in particular for shower partition |
| RU2538448C1 (en) * | 2013-07-26 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "МаксТелКом" | Cartridge for apparatus for welding optical fibres |
| CN111089575A (en) * | 2019-12-13 | 2020-05-01 | 北京航天时代光电科技有限公司 | Micro-miniature optical fiber gyroscope packaging structure |
| RU201485U1 (en) * | 2019-10-07 | 2020-12-17 | Константин Викторович Плотников | Image display device |
-
2004
- 2004-10-04 RU RU2004129371/28A patent/RU2280882C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA017559B1 (en) * | 2008-04-02 | 2013-01-30 | Тиф Гмбх | Hinge for a door element attached in a pivoting way to a wall element, in particular for shower partition |
| RU2449246C2 (en) * | 2009-10-16 | 2012-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" | Optical circuit of ring interferometer for fibre-optic gyroscope |
| RU2538448C1 (en) * | 2013-07-26 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "МаксТелКом" | Cartridge for apparatus for welding optical fibres |
| RU201485U1 (en) * | 2019-10-07 | 2020-12-17 | Константин Викторович Плотников | Image display device |
| CN111089575A (en) * | 2019-12-13 | 2020-05-01 | 北京航天时代光电科技有限公司 | Micro-miniature optical fiber gyroscope packaging structure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004129371A (en) | 2006-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1295828C (en) | Fiber optic gyroscope with improved bias stability and repeatability and method | |
| JP2696269B2 (en) | Integrated optical chip | |
| US4991926A (en) | Integrated optics decorrelator | |
| WO2019067723A1 (en) | Multilayer waveguide optical gyroscope | |
| US7228013B1 (en) | Polymer phase modulator | |
| US4991922A (en) | Optical fiber coupler and method | |
| US6587205B2 (en) | Integrated optic gyroscope and method of fabrication | |
| JP2016004048A (en) | Compact and low-costed resonator fiber optic gyroscope having optical error reduced | |
| US6947621B2 (en) | Robust heterodyne interferometer optical gauge | |
| US5555088A (en) | Sagnac effect optical gyrometer having a fully integrated structure | |
| US4953936A (en) | Optical waveguide module with fiber coupling | |
| CN114739376A (en) | Hollow-core photonic crystal fiber gyroscope based on silicon dioxide waveguide polarization beam splitter | |
| EP0260885B1 (en) | Dual fiber optic gyroscope | |
| RU2280882C2 (en) | Method of joining of integral-optical circuit for fiber-optic gyroscope with single-mode lightguides (versions) | |
| Wang et al. | Silicon photonics multi-function integrated optical circuit for miniaturized fiber optic gyroscope | |
| Guo et al. | Three-axis interferometric fiber optic gyroscope with silica integrated coupler chip | |
| EP0726475A1 (en) | Optical waveguide | |
| JPH02504080A (en) | Integrated optical interferometric fiber gyroscope module | |
| US7239765B1 (en) | Polymer phase modulator | |
| Fan et al. | Ring resonator of hollow-core photonic crystal fiber based on spatial coupling scheme | |
| RU2188443C2 (en) | Process of manufacture of radiation input-output device in ring interferometer of fiber-optical gyroscope based on special twin light guide | |
| CN114721094B (en) | Hollow-core photonic crystal fiber resonant cavity based on lithium niobate waveguide coupler | |
| RU2449246C2 (en) | Optical circuit of ring interferometer for fibre-optic gyroscope | |
| JPH10221014A (en) | Optical wave guide path displacement sensor | |
| Minford et al. | Fiber optic gyroscope using an eight-component LiNbO3 integrated optic circuit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131005 |
|
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -MM4A- IN JOURNAL: 21-2014 |