一種光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺及其工作方法，包括光源，光源通過第一端口纖連接至耦合器，耦合器通過第二端口纖連接至偏振分光器，偏振分光器通過第三端口纖和第四端口纖連接至光纖環(huán)，還包括探測(cè)器，探測(cè)器通過第五端口纖連接至耦合器，所述光纖環(huán)中設(shè)有相位調(diào)制器。本發(fā)明無需細(xì)徑特種光纖，也不需要高精密的在線制作光器件的平臺(tái)，大大降低產(chǎn)品組裝工藝難度，在保證產(chǎn)品精度的同時(shí)提高了產(chǎn)品的可靠性，為開環(huán)陀螺的市場(chǎng)普及奠定了基礎(chǔ)。
【專利說明】
一種光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]開環(huán)陀螺具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及相對(duì)優(yōu)異的性能在中低精度領(lǐng)域具有廣闊市場(chǎng)潛力。
[0003]目前采用開環(huán)結(jié)構(gòu)的單光纖光纖陀螺原理如圖1所示，它的工作過程是:在線耦合的SLD光源發(fā)出的光經(jīng)光源親合器分光后，有一半的光進(jìn)入偏振器，并產(chǎn)生單模單偏振態(tài)的光。起偏后的光進(jìn)入光纖環(huán)親合器，被分成順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向的兩束光滿足相干條件，并在光纖環(huán)中傳播。當(dāng)光纖環(huán)繞其中心軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)后，產(chǎn)生了 Sagnac效應(yīng)，從而使在光纖環(huán)耦合器處的干涉光強(qiáng)發(fā)生變化。由在線耦合的光電探測(cè)器PIN芯片檢測(cè)出變化的光強(qiáng)，經(jīng)處理后便得到轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。在光路中加入了相位調(diào)制器PZT。經(jīng)過調(diào)制、解調(diào)后，該系統(tǒng)得到了能區(qū)分正反轉(zhuǎn)的線性化輸出。但是經(jīng)典開環(huán)方案光路制作復(fù)雜，加工工藝不成熟，需要高成本的專用設(shè)備，，制作出的偏振器消光比只有26dB，導(dǎo)致陀螺系統(tǒng)精度偏低，而在線耦合的光電器件耦合效率低下，為提高系統(tǒng)信號(hào)信噪比需要加大光源的驅(qū)動(dòng)電流，直接導(dǎo)致陀螺系統(tǒng)功耗過大，限制了其行業(yè)應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺及其工作方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明無需細(xì)徑特種光纖，也不需要高精密的在線制作光器件的平臺(tái)，大大降低產(chǎn)品組裝工藝難度，在提高產(chǎn)品精度的同時(shí)提高了產(chǎn)品的可靠性，為開環(huán)陀螺的市場(chǎng)普及奠定了基礎(chǔ)。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺，包括光源，光源通過第一端口纖連接至耦合器，耦合器通過第二端口纖連接至偏振分光器，偏振分光器通過第三端口纖和第四端口纖連接至光纖環(huán)，還包括探測(cè)器，探測(cè)器通過第五端口纖連接至耦合器，所述光纖環(huán)中設(shè)有相位調(diào)制器。
[0007]進(jìn)一步地，所述光源為SLD光源。
[0008]進(jìn)一步地，所述偏振分光器為鈮酸鋰Y波導(dǎo)光學(xué)器件。
[0009]進(jìn)一步地，所述耦合器為微光學(xué)耦合器或拉錐耦合器。
[0010]進(jìn)一步地，所述第一端口纖、第二端口纖、第三端口纖、第四端口纖以及第五端口纖均為包層為80μηι或125μηι的熊貓保偏光纖。
[0011 ]進(jìn)一步地，所述光源采用同軸封裝或蝶型封裝;所述探測(cè)器采用同軸封裝。
[0012]—種光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺的工作方法，光源發(fā)出的光經(jīng)親合器后直接進(jìn)入偏振分光器，經(jīng)過偏振分光器后，產(chǎn)生兩束偏振態(tài)和光強(qiáng)相同的光進(jìn)入到光纖環(huán)并以順時(shí)針和逆時(shí)針方向相向傳播，這兩束光滿足相干條件，當(dāng)光纖環(huán)繞其中心軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)后，在偏振分光器處的干涉光強(qiáng)發(fā)生變化，由探測(cè)器檢測(cè)出變化的光強(qiáng)，經(jīng)處理后得到轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0014]本發(fā)明采用偏振分光器取代原有偏振器和耦合器的功能，而現(xiàn)有技術(shù)中偏振器和耦合器需要在線拉錐和晶體生長(zhǎng)，需求設(shè)備復(fù)雜高昂，工藝難度大，成品率低，其拉錐結(jié)構(gòu)也決定其耐沖擊性能差，存在固有3dB插損等缺陷，本發(fā)明整個(gè)光路系統(tǒng)偏振分光器消光比高達(dá)35dB以上，在減少光路系統(tǒng)器件數(shù)目的基礎(chǔ)上大幅降低了偏振串音對(duì)陀螺精度的影響，同時(shí)減少了干涉后的信號(hào)光3dB插損，本發(fā)明采用分立小型化器件在降低系統(tǒng)插損的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了易組裝，易維護(hù)，低功耗，高可靠，高精度等特性，不需要高精密的在線制作光器件的平臺(tái)，大大降低產(chǎn)品組裝工藝難度，在保證產(chǎn)品精度的同時(shí)提高了產(chǎn)品的可靠性，為開環(huán)陀螺的市場(chǎng)普及奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)本發(fā)明在產(chǎn)品組裝或使用環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時(shí)可方便拆卸更換，產(chǎn)品一致性好，克服了現(xiàn)有技術(shù)中單光纖光路出現(xiàn)問題無法維修，必須所有光路結(jié)構(gòu)重新制作，難度大，成本高的問題。
[0015]進(jìn)一步地，本發(fā)明采用鈮酸鋰Y波導(dǎo)工藝器件實(shí)現(xiàn)起偏和分光功能，鈮酸鋰Y波導(dǎo)工藝成熟，產(chǎn)品可靠性高，具有消光比高(35dB)，耐沖擊(100G)，插損小等特點(diǎn)。
[0016]進(jìn)一步地，本發(fā)明耦合器除可用微光學(xué)耦合器外，也可采用拉錐耦合器，避免現(xiàn)有技術(shù)中的3dB光強(qiáng)損失，提高系統(tǒng)的信噪比。
[0017]進(jìn)一步地，本發(fā)明中光纖采用技術(shù)工藝成熟的包層為80μπι或125μπι的熊貓保偏光纖，偏振串音小，成本低，配套設(shè)備齊全，而現(xiàn)有技術(shù)中采用40μπι橢圓光纖，生產(chǎn)難度大，成本高，加工配套設(shè)備需定制，不利于規(guī)模生產(chǎn)。
[0018]進(jìn)一步地，本發(fā)明的光源可采用同軸封裝或蝶型封裝等多種形式光源，光強(qiáng)，結(jié)構(gòu)等參數(shù)易于調(diào)節(jié)，可靠性高，批次性好，現(xiàn)有技術(shù)僅限于裸芯片耦合光源，需要特種設(shè)備，耦合難度大，批量生產(chǎn)一致性差，且裸光源結(jié)構(gòu)在惡劣環(huán)境下有易失效等缺陷;本發(fā)明的探測(cè)器可選用同軸封裝，可靠性高，抗電磁干擾，產(chǎn)品一致性好，現(xiàn)有技術(shù)采用單纖在線耦合探測(cè)器芯片，操作難度大，可靠性差。
[0019]本發(fā)明方法工作方法利用微光學(xué)親合器和偏振分光器取代原有拉錐式三個(gè)光器件方案，在光路結(jié)構(gòu)上減少了 6dB的光強(qiáng)插損，同時(shí)器件保證了高消光比的信號(hào)光產(chǎn)生與傳輸，大大提高了系統(tǒng)的信噪比與精度。
【附圖說明】
[0020]圖1是目前采用開環(huán)結(jié)構(gòu)的單光纖光纖陀螺原理圖；
[0021]圖2是本發(fā)明的光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺原理圖。
[0022]其中，1、第一端口纖；2、第二端口纖；3、第三端口纖;4、第四端口纖；5、第五端口纖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0024]參見圖2，一種光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺，包括SLD光源，光源采用同軸封裝或蝶型封裝，SLD光源通過第一端口纖I連接至耦合器，所述耦合器為微光學(xué)耦合器或拉錐耦合器，耦合器通過第二端口纖2連接至偏振分光器，所述偏振分光器為鈮酸鋰Y波導(dǎo)工藝制作器件，偏振分光器通過第三端口纖3和第四端口纖4連接至光纖環(huán)，還包括探測(cè)器，探測(cè)器采用同軸封裝，探測(cè)器通過第五端口纖5連接至耦合器，所述光纖環(huán)中設(shè)有PZT相位調(diào)制器，第一端口纖1、第二端口纖2、第三端口纖3、第四端口纖4以及第五端口纖5均為包層為80μπι或125μπι的熊貓保偏光纖，且第一端口纖1、第二端口纖2、第三端口纖3、第四端口纖4以及第五端口纖5均為用于連接端口的光纖。
[0025]—種光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺的工作方法，光源發(fā)出的光經(jīng)親合器后直接進(jìn)入偏振分光器，經(jīng)過偏振分光器后，產(chǎn)生兩束偏振態(tài)和光強(qiáng)相同的光進(jìn)入到光纖環(huán)并以順時(shí)針和逆時(shí)針方向相向傳播，這兩束光滿足相干條件，當(dāng)光纖環(huán)繞其中心軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)后，在偏振分光器處的干涉光強(qiáng)發(fā)生變化，由探測(cè)器檢測(cè)出變化的光強(qiáng)，經(jīng)處理后得到轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。
[0026]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施過程作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0027]本發(fā)明的開環(huán)光纖陀螺原理如圖2所示。它的工作過程是:光源SLD發(fā)出的光經(jīng)光源耦合器進(jìn)入偏振分光器，它產(chǎn)生單模單偏振態(tài)的光并分為等光強(qiáng)等偏振態(tài)的進(jìn)入光纖環(huán)，并在光纖環(huán)中相向傳播，分成順時(shí)針和逆時(shí)針方向的兩束光滿足相干條件。當(dāng)光纖環(huán)繞其中心軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)后，產(chǎn)生了 Sagnac效應(yīng)，從而使在偏振分光器處的干涉光強(qiáng)發(fā)生變化。由光電探測(cè)器PIN檢測(cè)出變化的光強(qiáng)，經(jīng)處理后便得到轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。為了提高檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏性，在光路中加入了相位調(diào)制器ΡΖΤ。經(jīng)過調(diào)制、解調(diào)后，該系統(tǒng)得到了既靈敏度高，同時(shí)又能區(qū)分正反轉(zhuǎn)的線性化輸出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺，其特征在于，包括光源，光源通過第一端口纖(I)連接至耦合器，耦合器通過第二端口纖(2)連接至偏振分光器，偏振分光器通過第三端口纖(3)和第四端口纖(4)連接至光纖環(huán)，還包括探測(cè)器，探測(cè)器通過第五端口纖(5)連接至耦合器，所述光纖環(huán)中設(shè)有相位調(diào)制器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺，其特征在于，所述光源為SLD光源。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺，其特征在于，所述偏振分光器為鈮酸鋰Y波導(dǎo)光學(xué)器件。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺，其特征在于，所述耦合器為微光學(xué)耦合器或拉錐耦合器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺，其特征在于，所述第一端口纖(1)、第二端口纖(2)、第三端口纖(3)、第四端口纖(4)以及第五端口纖(5)均為包層為80μπι或125μπι的熊貓保偏光纖。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺，其特征在于，所述光源采用同軸封裝或蝶型封裝;所述探測(cè)器采用同軸封裝。7.—種權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述光路結(jié)構(gòu)開環(huán)陀螺的工作方法，其特征在于，光源發(fā)出的光經(jīng)親合器后直接進(jìn)入偏振分光器，經(jīng)過偏振分光器后，產(chǎn)生兩束偏振態(tài)和光強(qiáng)相同的光進(jìn)入到光纖環(huán)并以順時(shí)針和逆時(shí)針方向相向傳播，這兩束光滿足相干條件，當(dāng)光纖環(huán)繞其中心軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)后，在偏振分光器處的干涉光強(qiáng)發(fā)生變化，由探測(cè)器檢測(cè)出變化的光強(qiáng)，經(jīng)處理后得到轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。
【文檔編號(hào)】G01C19/72GK105865435SQ201610272570
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日
【發(fā)明人】王輝, 杜鵑, 楊鳳, 楊一鳳
【申請(qǐng)人】西安中科華芯測(cè)控有限公司