[发明专利]一种基于定向耦合调制器的循环干涉型光学陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于工作原理为循环再入式的干涉型光学陀螺的基于定向耦合调制器的循环干涉型光学陀螺。

背景技术

光纤陀螺是基于Sagnac效应的角速度传感器，因其固态结构及动态范围大等优点被广泛使用。随着光纤陀螺的发展，对光纤陀螺的各类需求加大，光纤陀螺的高精度、小型化以及集成光学陀螺的研究已经成为了一种发展趋势。由Sagnac效应可知，敏感光路的长度越长，光纤陀螺的精度越高，但与此同时，光纤陀螺对温度的敏感也将增大，阻碍了光纤陀螺精度的进一步提高；光纤陀螺的小型化也对光纤环的长度提出了要求，在保证敏感度及损耗的情况下减小光纤陀螺的体积是很难实现的；而集成光学陀螺对波导的长度及空间的要求更为苛刻。

为了解决这一系列问题，得到高灵敏度且敏感环长度更短的光纤角速度传感器，循环干涉型光学陀螺方案被提出，其特点在于吸收了环形激光陀螺的优势，使光能够在敏感环(SSR)中运行多圈，通过检测第M次循环的光信号来提高灵敏度。

循环干涉型光学陀螺与传统干涉型光纤陀螺工作原理相同，结构也几乎相同，不同的是在Y波导与敏感光路之间增加了一个耦合器。具体工作原理为：光从超辐射发光二极管出射后经过耦合器1到达集成光学器件Y波导，在此光波被分成两束。两束光到达耦合器2时，一部分沿原方向继续传播；另一部分被耦合进光纤线圈，并在线圈中分别沿顺时针CW和逆时针CCW两个方向相向传播，传播一次后经过耦合器2时将有部分光被耦合进Y波导并经过耦合器1到达检测器进行干涉，形成第一圈的干涉信号;而剩余部分光则在线圈光路中继续传播，循环进行下去，并依次形成第2～n圈的干涉信号，最后利用空间梳状滤波器分离出需要的第n圈干涉信号作为有用信号，并进行分析。

当系统无转动时，经空间梳状滤波器后，循环干涉型光学陀螺系统的输出为

Iout=12(1-α2)2α2(n-1)(tc)2n+2(tf)2nIin]]>

其中，α，t_c分别为耦合器C2的直通光场幅值耦合比、叉通光场幅值耦合比和光场幅值传输系数，t_f为光在敏感光路中环绕一周的幅值传输系数，τ_f和τ_s分别为光在光路环中的渡越时间和因转动产生的顺逆时间延迟之差的一半，I_in为输入光信号的强度。

由上式可以看出，造成该系统的光强损耗主要包含以下几个方面：

1、(1-α²)²系数，即耦合器C2叉通耦合率的平方，该系数体现了光波经耦合器C2耦合进入光路以及从光路中耦合输出的光强都过小的问题。对于循环干涉型光学陀螺来说，一般选取耦合器C2的选取97:3的耦合率，即α²＝0.97，则(1-α²)²＝0.0009，将导致输出光信号大幅度衰减。