[其他]导航用固态光学干涉仪

说明书

在包含由环形光导纤维和与上述光导纤维光学地连接在一起的固态光波导所组成的光路的固态干涉仪中，在制作有上述固态光波导基片的表面上以成对的形式制作出电极，用来产生表面波（ＳＡＷ），上述表面声波被用来对通过上述固态光波导的光束进行光调制。

本发明涉及一种用光导纤维作光路的干涉仪，具体地讲，本发明涉及一种固态干涉仪，其中除光导纤维以外的光路元部件都被固态化了，这种固态干涉仪可用来探测诸如角速度的各种物理量。

干涉仪是用来观测的光的干涉的。在所谓的双光束干涉仪（bibeam interferometer）中，从光源发出的一束光被分成两束分光束。这两束分光束在通过具有不同状态的光路之后合成为一束。从两束分光束之间的干涉可以探测光路的物理变化。这种双束干涉仪用于各种物理量的精确测量已有很长时间。近年来，光导纤维被用来作为光路。由于整个双光束干涉仪的体积因此得到减小，近来它们在更广泛的测量领域中得到了应用。

图1至图3显示了在这种干涉仪中采用光导纤维的几种方法。

图1显示了一种所谓的环式干涉仪（ringinterfer ometer）。光导纤维（以亦简称光纤）被绕成环状（loop shape）形成光纤圈R。从激光源f发出的光束被半反半透的分束镜BS1分解成两束分光束。其中一束分光束被引入环状光纤（optical fiber ring）R的光纤的一个末端，另一束分光束被引入该光纤的另一端。两束分光束在通过光纤圈R的光纤之后被分光器BS1合成一束。所产生的合成光束被分光器BS2分解以便为探测器D所探测。探测器D包括一个诸如光电二极管的部件。

当包括光纤圈R在内的所有元部件都是处于静止状态的时候，被导入光纤圈R的光纤的各个末端的两束分光束沿着由同一光纤构成的光路传播，然后被合成在一起被引起向探测器D。由于两束分光束之间没有位相差，因此不会产生干涉。

当光纤圈R以角速度Ω转动时，对于顺着角速度Ω的方向沿光纤圈R传播的光程长度变长了;而对于以逆时针方向沿光纤圈R传的播另一束分光束来说，光程变短了。相应地，在被分光器BS1合成在一起的两束分光束之间存在位相差，从而产生了干涉。

因此，通过采用探测器D探测由于干涉引起的光量变化，就可以探测角速度Ω。相应地，环式干涉仪可以用作诸如陀螺仪的仪器。字母P表示一个起偏器。

图2显示了一个迈克（Mach）干涉仪）也叫做Mach-Zenda干涉仪）。两个光纤圈R1和R2包括具有同样长度的纤光。从激光光源f发出的一束光被分光器BS1分解成两束分光束。如此分解出的两束分光束分别被引入光纤圈R1和R1。两束分光束在沿着光纤圈R1和R2传播之后被分光器BS2重新合成在一起并被引向探测器D。

当光纤圈R1被维持在光纤圈R2相同的物理状态时，一束分光束通过光纤圈R1所需要的时间同另一束分光束通过光纤圈R2所需要的时间是完全相同的。因此，由分光器BS2重新合成的两束分光束之间没有位相差，因而不产生干涉。

当光纤圈R1和R2的物理状态有所不同时，光通过这两个光纤圈所用的时间有所不同。由于这个位相差所导致的干涉被探测器D探测出来。

因此，只要把一个光纤圈，比如光纤圈R2，作为参考光纤圈维持在固定的物理状态，同时将另一光纤圈R1作为测量光纤圈维持在所要测量的物理量，就可以从其干涉探测物理量。

如果要测量的物理量是电流或磁场，由于法拉弟（Faraday）效应产生的光纤圈R1的折射率变化就会产生干涉。如果要测量的物理量是诸如水下声音的振动或温度，由于压强变化而导致的折射率变化就会产生干涉。在两种情况下，都可以探测其干涉。

图3显示了一种米切尔森（Mechilson）干涉仪。其中从两个光纤圈R1和R2的末端返回的反射分光速被一个分光器BS重新合成从而产生干涉。如果将光纤圈R1作为探头并且用位于光纤R1末端的流体作为反射物，就可以测量流体的流动速度。如果用一个振动物体作为反射物，就可以测量其振幅位移或振动模式。如果光纤圈R1的末端有一块镜子，就可以采用和使用迈克干涉仪相类似的方法使用本干涉仪，例如测量温度。