TWI448662B - 光學干涉裝置 - Google Patents

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TWI448662B
TWI448662B TW101151079A TW101151079A TWI448662B TW I448662 B TWI448662 B TW I448662B TW 101151079 A TW101151079 A TW 101151079A TW 101151079 A TW101151079 A TW 101151079A TW I448662 B TWI448662 B TW I448662B
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Chu En Lin
Chii Chang Chen
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    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
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    • 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
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Description

光學干涉裝置
本發明係關於一種光學干涉裝置。
陀螺儀可用以感測自身相對慣性座標系空間的角速度，目前已廣泛應用於軍事領域和民生經濟領域中，例如汽車工業、工程量測、機器人精密定位控制，以及使航空器可穩定及控制其飛行姿態等。隨著微機電技術、光電及光纖技術的發展，傳統之機械式慣性陀螺儀已逐漸被微機電形式或光學式的陀螺感測儀所取代。由於光學式干涉陀螺儀具有反應快、高靈敏度、不易受磁干擾及震動影響等特性，因此逐漸受到研究人員的重視。
其中，光學式干涉陀螺儀係利用一桑克干涉儀(Sagnac interferometer)來測得一桑克相位(Sagnac phase)，進而得到一角速度(angular velocity)。於桑克干涉儀中，光線於一順時針方向的傳導和另一逆時針方向的傳導之間會因桑克效應(Sagnac effect)而產生不可逆的(irreversible)相位移，造成結合光線(即干涉光線)的強度發生變化。因此，桑克干涉儀係藉由偵測干涉光線的強度變化和偏振方向即可得到桑克相位，進而可得到其角速度。
然而，習知之外差式桑克干涉儀中，例如馬赫-任德爾干涉儀(Mach-Zehnder interferometer)或邁克遜干涉儀(Michelson interferometer)均為非共光程(non-common path)架構，亦即參考光與訊號光之光線傳導的路徑或長度不相等，因此，對於環境的擾動相當敏感，對於裝置在運動物體上的干涉儀(陀螺儀)來說，外界環境的擾動無疑是雜訊的來源。
因此，如何提供一種光學干涉裝置，不但具有共光程架構而減低外界環境的干擾，而且可以達到較高的量測精準度，已成為目前的重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種具有共光程架構而減低外界環境干擾，以達到較高的量測精準度之光學干涉裝置。
有鑑於上述之目的，本發明提供一種光學干涉裝置包括一光源、一極化分光元件、一光纖元件、一分光元件、一第一相位調制元件、一第二相位調制元件、一第一偏振元件及一第二偏振元件、一第一偵測元件及一第二偵測元件、一第一濾波元件及一第二濾波元件以及一解調運算元件。光源可發出具有二種偏振態互相正交且帶有不同頻率的同調光線。極化分光元件將光線分光成極化方向不同之一第一光線及一第二光線。第一光線及第二光線沿著光纖元件傳輸而分別具有一第一光路及一第二光路，之後第一光線和第二光線會再經由極化分光元件合光而成一合光光線。分光元件將合光光線分光成一第三光線及一第四光線。第一相位調制元件及第二相位調制元件分別對應設置 於第三光線及第四光線之光路上，並對應對第三光線及第四光線進行相位延遲。第一偏振元件及一第二偏振元件分別設置於第三光線及第四光線之光路上，並對第三光線及第四光線的偏振態分別在偏振片的穿透軸方向進行投影。第一偵測元件及一第二偵測元件對應偵測穿過第一偏振元件及第二偏振元件之第三光線及第四光線，而分別產生一第一偏振訊號及一第二偏振訊號。第一濾波元件和第二濾波元件分別濾除第一偏振訊號和第二偏振訊號中的直流部分，而產生第三偏振訊號及第四偏振訊號。解調運算元件解調第三偏振訊號及第四偏振訊號的交流值，以得到帶有桑克相位之一外差干涉訊號。
在本發明一實施例中，光源包含一等振幅雙頻率雷射光源。
在本發明一實施例中，光線穿透極化分光元件而產生第一光線，極化分光元件反射光線而產生第二光線。
在本發明一實施例中，第一光線與第二光線分別為一水平方向偏振光與一垂直方向偏振光，或相反。
在本發明一實施例中，光纖元件包含一單模光纖或一保偏光纖。
在本發明一實施例中，光纖元件具有至少一匝光纖圈。
在本發明一實施例中，第一光路及第二光路係為順時針方向及逆時針方向的組合。
在本發明一實施例中，該等不同極化方向的光線係為 共光程光線。
在本發明一實施例中，第一光路及第二光路於光纖元件內的傳輸方向為相反方向。
在本發明一實施例中，於不同時間點時，第一相位調制元件及第二相位調制元件對應對第三光線及第四光線產生不同的相位延遲角度。
在本發明一實施例中，第一偏振元件的光穿透軸與第三光線入射之兩電場振動方向進入第一偏振元件之光穿透軸的夾角分別為45度，第二偏振元件的光穿透軸與第四光線入射之兩電場振動方向進入第二偏振元件之光穿透軸的夾角分別為45度。
在本發明一實施例中，第一偏振元件的光穿透軸與第二偏振元件的光穿透軸相對於x軸的夾角分別為45度。
在本發明一實施例中，光學干涉裝置更包括一第一偏振轉換元件及一第二偏振轉換元件，第一偏振轉換元件設置於第三光線之光路上，第一偏振轉換元件將第三光線之兩電場振動方向的偏振態旋轉一第一角度。第二偏振轉換元件設置於第四光線之光路上，第二偏振轉換元件使第四光線之兩電場振動方向的偏振態旋轉一第二角度。
在本發明一實施例中，第一角度與第二角度分別為45度。
在本發明一實施例中，第一偏振元件的光穿透軸相對於x軸的夾角為0度，第二偏振元件的光穿透軸相對於x軸的夾角為0度。
在本發明一實施例中，極化分光元件、分光元件、第一相位調制元件、第二相位調制元件、第一偏振轉換元件、第二偏振轉換元件、第一偏振元件及第二偏振元件之至少其中之二係包含於一積體光路內。
在本發明一實施例中，具有第一角度之一第一相位調制光線射至第一偏振元件，具有第二角度之一第二相位調制光線之第四光線射至第二偏振元件。
在本發明一實施例中，光學干涉裝置更包括一第一濾波元件及一第二濾波元件。第一濾波元件與第一偵測元件電性連接，並接收第一偏振訊號而產生一第三偏振訊號。第二濾波元件與第二偵測元件電性連接，並接收第二偏振訊號而產生一第四偏振訊號。
在本發明一實施例中，第三偏振訊號及第四偏振訊號送入解調運算元件，並依據解調後的第三偏振訊號及第四偏振訊號判斷一桑克相位及桑克相位所在的象限。
在本發明一實施例中，解調運算元件依據外差干涉訊號得到一角速度。
在本發明一實施例中，光學干涉裝置係為一外差干涉陀螺儀或一外差干涉儀。
承上所述，因依據本發明所提供之一種光學干涉裝置中，光源發出之光線經極化分光元件分光，係沿著光纖元件傳輸後再被分光元件分光。另外，分光後之光線再分別經由對應的第一相位調制元件、第二相位調制元件、第一偏振元件及第二偏振元件的處理後，分別被第一偵測元件 及第二偵測元件所接收。藉此，使得本發明之光學干涉裝置具有共光程的架構，因此可以減低外界環境的干擾而達到較高的量測精準度。另外，本發明藉由第一濾波元件及第二濾波元件將濾除訊號中的直流值，再由解調運算元件分別將兩道不同光路(相位不同)之光線解調而得到一含有桑克相位資訊之外差干涉訊號，因此光學干涉裝置可為一外差干涉儀。在本發明之一實施例中，當光學干涉裝置為一外差干涉陀螺儀，可藉由外差干涉訊號而得到一桑克相位，並可判斷桑克相位所在的象限，進而可得到一角速度。此外，本發明之光學干涉裝置亦具有全動態範圍量測的優點。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種光學干涉裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
請參照圖1所示，其為本發明較佳實施例之一種光學干涉裝置1的功能方塊示意圖。
光學干涉裝置1包括一光源11、一極化分光元件12、一光纖元件13、一分光元件14、一第一相位調制元件151、一第二相位調制元件152、一第一偏振元件161、一第二偏振元件162、一第一偵測元件171、一第二偵測元件172、一第一濾波元件181及一第二濾波元件182以及一解調運算元件19。
光源11可發出一同調(coherent)光線L。於此，光源11可為一等振幅雙頻率雷射光源(two-frequency laser source,TFLS)，並可發出一雙頻等振幅光線，並為一同調光。
光源11所發出之光線L入射極化分光元件12後，極化分光元件12可將光源11發出之光線L分光成極化方向不同之一第一光線L1及一第二光線L2。於此，極化分光元件12係為一極化分光鏡(polarized beam splitter,PBS，或稱偏振分光鏡)，並可讓特定偏振態的偏振光穿透或反射以致於分光或合光。其中，被極化分光元件12分光後之第一光線L1及第二光線L2係可為一相對於x軸之平行方向偏振光(primary polarized wave，即P-wave)與一相對於x軸之垂直方向偏振光(secondary polarized wave，即S-wave)之組合。換言之，第一光線L1可為水平方向偏振光，而第二光線L2可為垂直方向偏振光，或者相反。在本實施例中，第一光線L1係穿過極化分光元件12，而穿過極化分光元件12之第一光線L1為一水平方向偏振光(簡稱P波)。另外，第二光線L2係被極化分光元件12所反射，而經極化分光元件12反射的第二光線L2則為一垂直方向偏振光(簡稱S波)。
分光後的第一光線L1及第二光線L2，係分別自光纖元件13的二端入射，並沿著光纖元件13傳輸而可分別具有一第一光路及一第二光路。其中，光纖元件13具有至少一匝光纖圈，並可為一單模光纖(single-mode optical fiber)或一保偏光纖(polarization maintaining optical fiber)，於此並不加以限定。另外，第一光路及第二光路係為順時針方向及逆時針方向的組合，且於光纖元件13內的傳輸方向為相反方向。在本實施例中，第一光線L1沿著光纖元件13之順時針方向傳輸而具有第一光路，第二光線L2沿著光纖元件13之逆時針方向傳輸而具有第二光路，當然也可第一光路為逆時針，而第二光路為順時針。因此，由圖1可知，本發明之第一光線L1之第一光路及第二光線L2之第二光路雖然其傳輸方向不同，但具有相同的傳輸路徑長度。
當第一光線L1及第二光線L2分別沿著光纖元件13傳輸後射出並再次射至極化分光元件12時，第一光線L1(P波)仍穿透極化分光元件12，而第二光線L2(S波)仍被極化分光元件12反射。如此一來，第一光線L1及第二光線L2自極化分光元件12射出後，第一光線L1及第二光線L2會被極化分光元件12合光成一合光光線LC(包含P波及S波)，而合光光線LC射至分光元件14時，可被分光元件14分光成一第三光線L3及一第四光線L4。於此，分光元件14係為一分光鏡(beam splitter,BS)，而第三光線L3與第四光線L4均含有P波及S波，且由分光元件14射出的第三光線L3與第四光線L4會相對地帶有沿著順時針方向及逆時針方向傳播時造成的相位差。
第一相位調制元件151係設置於第三光線L3之光路上，並對第三光線L3進行相位延遲(第三光線L3之P波 與S波均產生相位延遲)，以產生一第一相位調制光線LD1。第二相位調制元件152係設置於第四光線L4之光路上，並對第四光線L4進行相位延遲(第四光線L4之P波與S波均產生相位延遲)，以產生一第二相位調制光線LD2。於此，第一相位調制元件151及第二相位調制元件152分別係為一電光調制器(Electro-optic modulator,EOM)。其中，於不同時間點時，第一相位調制元件151及第二相位調制元件152可對應對第三光線L3及第四光線L4產生不同的相位延遲角度。
第一偏振元件161及第二偏振元件162分別設置於第三光線L3及第四光線L4之光路上，並分別對第三光線L3(第一相位調制光線LD1)及第四光線L4(第二相位調制光線LD2)中的P波及S波在偏振元件161、162的穿透軸上投影，以分別產生一第一偏振光線P1及一第二偏振光線P2。於此，第一偏振光線P1及第二偏振光線P2已分別為一干涉光線。其中，於光路徑的順序上而言，第一偏振元件161係設置於第一相位調制元件151之後，而第二偏振元件162則設置於第二相位調制元件152之後。第一偏振元件161及第二偏振元件162係分別為一偏振片(polarizer)，且第三光線L3(第一相位調制光線LD1)之P波與S波的偏振態進入第一偏振元件161之光穿透軸的夾角各為45度，第四光線L4(第二相位調制光線LD2)之P波與S波的偏振態入射第二偏振元件162之光穿透軸的夾角亦各為45度。
第一偵測元件171及第二偵測元件172對應設置於第三光線L3及第四光線L4之光路上，並對應偵測穿過第一偏振元件161及第二偏振元件162之第一偏振光線P1及第二偏振光線P2，並分別產生一第一偏振訊號S1及一第二偏振訊號S2。於此，第一偵測元件171及第二偵測元件172分別為一光感測器(photo detector)，以分別接收第一偏振光線P1及第二偏振光線P2而分別產生第一偏振訊號S1及第二偏振訊號S2。其中，由於第一偵測元件171及第二偵測元件172對應偵測到之第一偏振光線P1及第二偏振光線P2係分別為一外差干涉光線，並分別含有P波及S波對偏振元件的投影量，且兩道光路分別為共光程(common-path)，因此，可減低外界環境的干擾。
第一濾波元件181與第一偵測元件171電性連接，並接收第一偏振訊號S1而產生一第三偏振訊號S3；第二濾波元件182與第二偵測元件172電性連接，並接收第二偏振訊號S2而產生一第四偏振訊號S4。於此，第一濾波元件181及第二濾波元件182分別為一帶通濾波器(band-pass filter,BPF)，可分別濾除第一偏振訊號S1及第二偏振訊號S2之直流成份，只留下交流部份。
解調運算元件19接收並解調第三偏振訊號S3及第四偏振訊號S4，而產生一帶有桑克相位資訊的外差干涉訊號。因此，光學干涉裝置1可為一外差干涉儀。在本實施例中，解調運算元件19可包含一解調器(demodulator)及一運算器(calculator)，並可解調第三偏振訊號S3及第 四偏振訊號S4，並進行運算判斷。由於第一偏振光線P1與第二偏振光線P2分別為一干涉光線，且其相位不同，故第三偏振訊號S3及第四偏振訊號S4進入解調運算元件19後，可將外差干涉訊號之拍頻(beat frequency)訊號取出。藉此，使得解調運算元件19可得到外差干涉訊號之交流項。另外，利用桑克效應並依據交流外差干涉訊號可得到一桑克相位，並可判斷桑克相位所在的象限(以下將再說明其數學式)。其中，桑克相位與干涉訊號強度的改變之間的關係如同一正餘弦函數般，因此，解調運算元件19可藉由得到干涉訊號強度上改變的量來得到桑克相位。另外，因桑克相位與角速度成一線性關係，因此，只要得到桑克相位即可得到角速度。故當應用光學干涉裝置1而得到一角速度時，光學干涉裝置1即為一外差干涉陀螺儀。
承上，由於本發明之光學干涉裝置1具有共光程的架構，因此可以減低外界環境的干擾而達到較高的量測精準度。另外，本發明之光學干涉裝置1的光學架構亦具有全動態範圍(full-dynamic range)量測的優點。
請參照圖2所示，其為本發明另一實施態樣之光學干涉裝置1a之功能方塊示意圖。
與光學干涉裝置1主要的不同在於，光學干涉裝置1a更包括一第一偏振轉換元件163及一第二偏振轉換元件164。
第一偏振轉換元件163設置於第三光線L3之光路 上。於此，第一相位調制光線LD1係先通過第一偏振轉換元件163後，再射至第一偏振元件161。其中，第一偏振轉換元件163可使第三光線L3(或第一相位調制光線LD1)之兩電場振動方向的偏振態與第一偏振元件161之光穿透軸相差一第一角度(第三光線L3之P波與S波都會與光穿透軸相差第一角度)。另外，第二偏振轉換元件164設置於第四光線L4之光路上，並可使第四光線L4(或第二相位調制光線LD2)之兩電場振動方向的偏振態與第二偏振元件162之光穿透軸相差一第二角度(第四光線L4之P波與S波都會與光穿透軸相差第二角度)。具有第一角度之第一相位調制光線LD1係射至第一偏振元件161，而具有第二角度之第二相位調制光線LD2係射至第二偏振元件162。其中，第一偏振元件161及第二偏振元件162之光穿透軸與x軸的夾角為0度，且垂直於y-z平面。另外，第一偏振轉換元件163及第二偏振轉換元件164可分別為一半波板(half wave-plate,HWP)或一極化轉換器/旋轉器(polarization converter/rotator,PCR)，而第一角度與第二角度係可分別為45度。不過，在其它實施態樣中，第一角度與第二角度並不一定為45度。承上所述，當第一角度與第二角度不為45度時，且P波和穿透軸的夾角為第一角度或第二角度時，S波和穿透軸的夾角即為第一角度或第二角度的餘角(90度減去第一角度或第二角度)。不過，設計者當然可以依其需求，搭配第一偏振元件161及第二偏振元件162之光穿透軸與x軸的夾角而改變第一偏 振轉換元件163與第二偏振轉換元件164的偏振態旋轉角度。
在本實施例中，由於光學干涉裝置1a具有第一偏振轉換元件163及第二偏振轉換元件164，故第一偏振元件161的光穿透軸與x軸的夾角並非光學干涉裝置1之45度，而是0度。另外，第二偏振元件162的光穿透軸與x軸之夾角亦為0度。換言之，本實施例之第三光線L3之P波與S波都會與第一偏振元件161的光穿透軸夾45度，且第四光線L4之P波與S波亦會與第二偏振元件162的光穿透軸夾45度。
另外，本實施態樣中，極化分光元件12、分光元件14、第一相位調制元件151、第二相位調制元件152、第一偏振轉換元件163、第二偏振轉換元件164、第一偏振元件161及第二偏振元件162之至少其中之二係可製作而包含於一積體光路內。換言之，可例如將極化分光元件12、分光元件14、第一相位調制元件151、第二相位調制元件152、第一偏振轉換元件163、第二偏振轉換元件164、第一偏振元件161及第二偏振元件162等元件藉由積體光路製程製作於一積體光路內，以降低元件體積及其成本，進而降低光學干涉裝置1a的體積及其成本。
此外，光學干涉裝置1a其它元件的技術特徵可參照光學干涉裝置1之相同元件，於此不再贅述。
以下說明如何得到桑克相位及決定其所在的象限。其中，桑克相位，其中，是順時針方 向(本實施例是第一光線L1所產生)之誘導相位移(induced phase shift)，而是逆時針方向(本實施例是第二光線L2產生)之誘導相位移。
第一偵測元件171及第二偵測元件172分別產生之第一偏振訊號S1及第二偏振訊號S2經第一濾波元件181及第二濾波元件182及解調運算元件19的解調後，可得到兩組訊號(本發明並不詳細說明數學推導過程)：
其中，A0 為雷射光之振幅，θ (L )為全部極化旋轉角度，ξ (L )為進入光纖中的光線所遭受的相位變化，δ1 為第一相位調制元件151所調制之相位角度，而δ2 為第二相位調制元件152所調制之相位角度。
其中，當δ1 =0°、δ2 =-π/2代入第(1)式及第(2)式時，可分別得到的訊號強度為：
接著，第(4)式減去第(3)式可得到：
而第(4)式加上第(3)式可得到：
接著，將第(5)式除以第(6)式可得到：
另外，以相同方法，當δ 1=-π /4及δ 2=π /4，並分別代入第(1)式及第(2)式時可分別得到的訊號強度為：
接著，第(9)式減去第(8)式可得到：
而第(9)式加上第(8)式可得到：
接著，將第(10)式除以第(11)式可得到：
在第(7)式與第(12)式中，光旋轉項cos 2 θ (L )將被消去。最後，將第(12)式除以第(7)式，再取反正切函數(tan-1 )，可得到桑克相位ψs 為：
其中，於第(13)式中，當光纖元件13的長度為固定值時，ξ (L )為一常數，因此可藉此而分辨出第(7)式中之cos(餘弦)及第(12)式中之sin(正弦)之正、負符號。如下表所示，由第(7)式及第(12)式的正、負符號可得知，光學干涉裝置於全動態量測範圍時，其位置之所在象限。舉例而言，當第(12)式正弦的計算結果為負值，而第(7)式的餘弦計算結果亦為負值時，則桑克相位係位於第三象限，以此類推。因此，可依據上述第(13)式之桑克相位ψs 值及其所在象限，經計算而得到角速度。
綜上所述，因依據本發明所提供之一種光學干涉裝置中，光源發出之光線經極化分光元件分光，係沿著光纖元件傳輸後再被分光元件分光。另外，分光後之光線再分別經由對應的第一相位調制元件、第二相位調制元件、第一偏振元件及第二偏振元件的處理後，分別被第一偵測元件及第二偵測元件所接收。藉此，使得本發明之光學干涉裝置具有共光程的架構，因此可以減低外界環境的干擾而達到較高的量測精準度。另外，本發明藉由第一濾波元件及第二濾波元件將濾除訊號中的直流值，再由解調運算元件分別將兩道不同光路(相位不同)之光線解調而得到一帶有桑克相位資訊的外差干涉訊號，因此光學干涉裝置可為一外差干涉儀。在本發明之一實施例中，當光學干涉裝置為一外差干涉陀螺儀，可藉由外差干涉訊號而得到一桑克相位，並可判斷桑克相位所在的象限，進而可得到一角速度。此外，本發明之光學干涉裝置亦具有全動態範圍量測的優點。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1、1a‧‧‧光學干涉裝置
11‧‧‧光源
12‧‧‧極化分光元件
13‧‧‧光纖元件
14‧‧‧分光元件
151‧‧‧第一相位調制元件
152‧‧‧第二相位調制元件
161‧‧‧第一偏振元件
162‧‧‧第二偏振元件
163‧‧‧第一偏振轉換元件
164‧‧‧第二偏振轉換元件
171‧‧‧第一偵測元件
172‧‧‧第二偵測元件
181‧‧‧第一濾波元件
182‧‧‧第二濾波元件
19‧‧‧解調運算元件
L‧‧‧光線
L1‧‧‧第一光線
L2‧‧‧第二光線
L3‧‧‧第三光線
L4‧‧‧第四光線
LC‧‧‧合光光線
LD1‧‧‧第一相位調制光線
LD2‧‧‧第二相位調制光線
P1‧‧‧第一偏振光線
P2‧‧‧第二偏振光線
S1‧‧‧第一偏振訊號
S2‧‧‧第二偏振訊號
S3‧‧‧第三偏振訊號
S4‧‧‧第四偏振訊號
x、y、z‧‧‧座標軸方向
圖1為本發明較佳實施例之一種光學干涉裝置的功能方塊示意圖；以及圖2為本發明另一實施態樣之光學干涉裝置之功能方塊示意圖。
1‧‧‧光學干涉裝置
11‧‧‧光源
12‧‧‧極化分光元件
13‧‧‧光纖元件
14‧‧‧分光元件
151‧‧‧第一相位調制元件
152‧‧‧第二相位調制元件
161‧‧‧第一偏振元件
162‧‧‧第二偏振元件
171‧‧‧第一偵測元件
172‧‧‧第二偵測元件
181‧‧‧第一濾波元件
182‧‧‧第二濾波元件
19‧‧‧解調運算元件
L‧‧‧光線
L1‧‧‧第一光線
L2‧‧‧第二光線
L3‧‧‧第三光線
L4‧‧‧第四光線
LC‧‧‧合光光線
LD1‧‧‧第一相位調制光線
LD2‧‧‧第二相位調制光線
P1‧‧‧第一偏振光線
P2‧‧‧第二偏振光線
S1‧‧‧第一偏振訊號
S2‧‧‧第二偏振訊號
S3‧‧‧第三偏振訊號
S4‧‧‧第四偏振訊號
x、y、z‧‧‧座標軸方向

Claims (20)

  1. 一種光學干涉裝置，包括：一光源，可發出一同調光線；一極化分光元件，將該光線分光成極化方向不同之一第一光線及一第二光線；一光纖元件，該第一光線及該第二光線沿著該光纖元件傳輸而分別具有一第一光路及一第二光路，自該極化分光元件出射後，該第一光線及該第二光線合光成一合光光線；一分光元件，將該合光光線分光成一第三光線及一第四光線；一第一相位調制元件及一第二相位調制元件，分別對應設置於該第三光線及該第四光線之光路上，並對應對該第三光線及該第四光線進行相位延遲；一第一偏振元件及一第二偏振元件，分別設置於該第三光線及該第四光線之光路上，並對該第三光線及該第四光線分別進行兩偏振態之投影，以對應產生一第一偏振光線及一第二偏振光線；一第一偵測元件及一第二偵測元件，對應偵測穿過該該第一偏振元件及該第二偏振元件之該第一偏振光線及該第二偏振光線，而分別產生一第一偏振訊號及一第二偏振訊號；以及一解調運算元件，依據該第一偏振訊號及該第二偏振訊號得到一外差干涉訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學干涉裝置，其中該光源包含一等振幅雙頻率雷射光源。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學干涉裝置，其中該光線穿透該極化分光元件而產生該第一光線，該極化分光元件反射該光線而產生該第二光線。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光學干涉裝置，其中該第一光線與該第二光線係分別為一水平方向偏振光與一垂直方向偏振光，或相反。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光學干涉裝置，其中該光纖元件包含一單模光纖或一保偏光纖。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光學干涉裝置，其中該光纖元件具有至少一匝光纖圈。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光學干涉裝置，其中該第一光路及該第二光路係為順時針方向及逆時針方向的組合。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光學干涉裝置，其中該等不同極化方向的光線係為共光程光線。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光學干涉裝置，其中該第一光路及該第二光路於該光纖元件內的傳輸方向為相反方向。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之光學干涉裝置，其中於不同時間點時，該第一相位調制元件及該第二相位調制元件對應對該第三光線及該第四光線產生不同的相位延遲角度。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之光學干涉裝置，其中該第一偏振元件的光穿透軸與該第三光線入射之兩電場振動方向進入該第一偏振元件之光穿透軸夾角為45度，該第二偏振元件的光穿透軸與該第四光線入射之兩電場振動方向進入該第二偏振元件之光穿透軸的夾角為45度。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之光學干涉裝置，更包括：一第一偏振轉換元件，設置於該第三光線之光路上，該第一偏振轉換元件將該第三光線的偏振態旋轉一第一角度；及一第二偏振轉換元件，設置於該第四光線之光路上，該第二偏振轉換元件將該第四光線的偏振態旋轉一第二角度。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之光學干涉裝置，其中該第一角度與該第二角度分別為45度。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之光學干涉裝置，其中該第一偏振元件的光穿透軸與一方向的夾角為0度，該第二偏振元件的光穿透軸與該方向的夾角為0度。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之光學干涉裝置，其中該極化分光元件、該分光元件、該第一相位調制元件、該第二相位調制元件、該第一偏振轉換元件、該第二偏振轉換元件、該第一偏振元件及該第二偏振元件之至少其中之二係包含於一積體光路內。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之光學干涉裝置，其中 具有該第一角度之一第一相位調制光線射至該第一偏振元件，具有該第二角度之一第二相位調制光線射至該第二偏振元件。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之光學干涉裝置，更包括：一第一濾波元件，與該第一偵測元件電性連接，並接收該第一偏振訊號而產生一第三偏振訊號；及一第二濾波元件，與該第二偵測元件電性連接，並接收該第二偏振訊號而產生一第四偏振訊號。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之光學干涉裝置，其中該解調運算元件接收該第三偏振訊號及第四偏振訊號，並依據該第三偏振訊號及第四偏振訊號判斷一桑克相位及該桑克相位所在的象限。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之光學干涉裝置，其中該解調運算元件依據該外差干涉訊號得到一角速度。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之光學干涉裝置，其係為一外差干涉陀螺儀或一外差干涉儀。
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