[发明专利]一种对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法及电路

说明书

技术领域

本发明属光纤传感领域，涉及一种对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法及电路，尤其涉及一种适用于光纤陀螺、光纤电流传感器及其他相关光纤传感器中基于热敏电阻对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法及电路。

背景技术

干涉式光纤陀螺中使用的Y型波导是使用集成光学技术封装的具有多个功能的重要光学器件。Y型波导主要提供3大功能：分束、起偏、相位调制。其中相位调制部分最为重要，受温度干扰也最严重。Y型波导相位调制部分由LiNbO₃晶体封装而成。由于线性电光效应，在LiNbO₃晶体的侧向加上电压后，其折射率将发生改变，进而使通过该晶体的光产生附加相位差。相位差的值可以用侧向电压的大小加以控制，可以使用数字信号实现Y型波导精确的相位调制。

入射光波通过长度为L的LiNbO₃晶体后的电光相位延迟为：其中，D表示LiNbO₃晶体在加电压方向的厚度。Y波导相位调制中的电感生相位与被调制光波的非常光的折射率n_o和Y波导电光系数r₃₃₃有关，这两个参数受温度影响变化。因而，温度变化引起Y波导附加相位调制。研究表明，温度升高时，引起的附加相位漂移使相位调制量增大；温度下降时，引起的附加相位漂移使相位调制量减小。最终导致光纤陀螺或光纤电流传感器产生零点漂移。

为了补偿环境温度变化引起Y型波导的附加相位漂移，目前已有的解决方案有以下几种：

(1)对光纤陀螺进行温度漂移实验，将漂移数据存储在FPGA程序中，利用FPGA芯片建立查找表；然后在光纤陀螺内部的不同位置安装数字型温度传感器，陀螺工作时，温度传感器测量到的温度值传入FPGA，FPGA根据查找表的数据获得陀螺在当前温度下的漂移量大小，用以校正光纤陀螺的输出值，(见毛献辉博士论文：环形干涉光纤传感器若干关键问题研究，P53-58，[博士学位论文]，北京：清华大学，2005)。

(2)采用第二反馈回路的四态方波调制方案。相隔半周期的两个采样值相减给出陀螺的增益误差量，两个反馈回路根据数字量产生适当的相位阶梯和增益补偿，避免了LiNbO₃晶体温度漂移。(见陈世同，孙枫，李绪友.集成光学相位调制器相位漂移补偿方法研究，哈尔滨工程大学学报，2008，29(1)：45-49)

(3)在光路结构中引入负折射率温度系数的晶体，与Y型波导的LiNbO₃晶体串联并尽量贴近；加入的新晶体与产生附加相位漂移的LiNbO₃晶体近似经历相同的温度变化，产生相反的附加相位漂移；选择合适的晶体及其参数，就能够较好的补偿光纤陀螺随温度的漂移。

在以上三种补偿方案中，方案1使用的数字型温度传感器难以兼顾精度和反应速度；另一方面，为每只陀螺建立温度漂移数据后才能写入光纤陀螺FPGA程序中，实现过程非常繁琐，难以工程化。

方案2采用第二反馈回路的四态方波调制方案时，当光源光谱形状不对称时，会引入更大的误差；算法上较难实现；过于依赖系统自身的性能，尤其是受到外界干扰噪声影响时，易导致系统崩溃和误差。

方案3引入的负折射率温度系数晶体，破坏了Y型波导的封装结构，难以保证光路互易性；加工过程中微小的切割、对准误差将引起光路中的更大误差。

因此，目前的这些解决方案在工艺上实现复杂、繁琐，急需另外寻找更理想的解决方案。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种工艺简单、易于工程实现、成本低以及不破坏Y型波导良好封装结构的对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法及电路。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种对Y型波导附加相位漂移进行补偿的方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤：

1)获取欲施加在Y型波导上的模拟信号；

2)对步骤1)所获取的模拟信号通过运放电路进行放大处理，所述放大倍数由运放电路决定；

3)对步骤2)中的放大倍数进行逆向补偿得到补偿后的欲施加在Y型波导上的调制电压；

4)将补偿后的调制电压施加在Y型波导上。