[发明专利]用于光纤陀螺的新型偏振环行Y波导结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种惯性导航器件用组件，尤其是涉及一种用于干涉型保偏光纤陀螺的新型偏振环行Y波导结构。 

背景技术

光纤陀螺是以敏感线圈和集成光学器件为基础的惯性导航器件，用于自主测量载体相对于惯性空间的旋转运动(旋转角速度)，对惯性系统计算载体的精确位置，方向等具有关键性作用。它的基本原理是基于Sagnac效应，干涉型光纤陀螺(IFOG)主要是以干涉仪为基础，在光纤线圈中以顺时针和逆时针传输的两束光，由于载体的旋转而产生相位差，在检测端口发生干涉，进而计算出载体的旋转角速度。IFOG以其在精度、抗冲击、价格、尺寸、重量以及长寿命上所具有的明显优点，适合规模化生产的优势，在工业与军事应用中拓展了许多较新的用途，成为目前发展最为迅速的惯性器件之一。 

集成光学器件(Y波导)是光纤陀螺的关键器件。器件通常采用铌酸锂(LiNbO₃)为基底，采用质子交换等工艺制成Y形状的光波导，将光束分/合，光波相位调制和光的起偏/检偏多项功能集为一体。起偏使传感线圈的输入光近似为线偏振光，检偏能抑制传感线圈中光波耦合产生的正交偏振态的影响，减小陀螺的偏振误差。但是现有的Y波导器件不能抑制传感线圈中偏振串扰和Faraday效应等非互易误差，随着光纤陀螺系统的实用化，对Y波导集成光学器件的性能要求也越来越高。 

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有Y波导技术存在的缺陷而提供一种能抑制传感线圈中偏振串扰和Faraday效应等非互易误差的新型偏振环行Y波导分支器件结构。 

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 

用于光纤陀螺的新型偏振环行Y波导结构，包括一Y形分支波导和一半圆形波导，以及一输入光纤和两输出保偏尾光纤，半圆形波导位于Y形分支波导的输出端，半圆形波导传输光的低损耗线偏振方向与现有Y分支波导传输光的低损耗线偏振方向垂直。该半圆形波导的两端与Y形分支波导的两输出端相切，这样保证半圆形和现有Y分支波导传输光的低损耗线偏振方向与保偏输出尾光纤的偏振方向一致。 

所述的半圆形波导和Y形分支波导的衬底材料是铌酸锂或其它衬底材料，衬底材料可以相同，也可以不同。 

所述的半圆形波导和Y形分支波导可以采用质子交换、或离子交换、或内扩散、或外扩散、或离子植入平面光波导制作工艺技术。 

所述的半圆形波导和Y形分支波导可以采用不同的或相同的平面光波导制作工艺技术半圆形波导的本征偏振态与Y形分支波导的本征偏振态正交，分别传输平行偏振方向的线偏振光和垂直方向的线偏振光。 

所述的新型Y波导输出端两低损耗线偏振光方向与保偏尾光纤的快轴和慢轴一致，耦合对接。 

当Y形分支波导臂中只传播垂直线偏振光时，半圆形波导中只传播平行线偏振光；当Y形分支波导臂中只传播平行线偏振光时，半圆形波导中只传播垂直线偏振光。当垂直线偏振光波从尾纤输入时，垂直线偏振光从Y形分支波导输出，平行线偏振光将从半圆形波导机构输出，从Y形分支波导输入的垂直线偏振光及从半圆形波导机构输入的平行线偏振光均从尾纤输出。由此可见，无论是从Y形分支波导中传播的垂直方向线偏振光，还是从半圆形波导传播的平行方向线偏振光，都由输出端口耦合输出到尾纤。可让其中Y形分支波导与尾纤的慢轴耦合对接，半圆形波导与尾纤的快轴耦合对接。由输出端口进入的线偏振光，慢轴光耦合到Y形分支波导臂中继续传播，快轴光耦合到半圆形波导机构中继续传播。 

Y形分支波导只传播垂直偏振方向的波导，传播平行偏振光时损耗大于60dB，半圆形波导只传播平行偏振方向的波导，传播垂直偏振光时损耗大于60dB。 

所述的Y形分支波导的两个输出端口呈10°-15°的斜抛设置，使两Y分支波导长度不对称，减小背向反射光波的相干性。 

所述的尾纤还可以连接Sagnac传感线圈，其中一个尾纤与传感线圈90°对接， 另一个尾纤与传感线圈平行对接，实现传感线圈的长度加倍，并且能很大程度上抑制偏振传音、Faraday效应等。 

与现有技术相比，本发明具有以下优点： 

(1)由于为垂直线偏振光和平行线偏振光各自设置了通路，大大降低了偏振传音的干扰； 

(2)由于环行通路的存在，可让光波在传感线圈中环行两次，使传感线圈长度加倍； 

(3)采用这种新型Y波导的干涉型保偏陀螺还能抑制Fauraday非互易相移，同时其随机游走也有明显改善。 

附图说明

图1为本发明的结构示意图。