[发明专利]基于尾纤匹配的差分双干涉式光纤陀螺偏振非互易误差抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤陀螺技术领域，涉及一种基于尾纤匹配的差分双干涉式光纤陀螺偏振非互易误差抑制方法。

背景技术

光纤陀螺作为发展极为迅速的一种新型惯性角速度传感器，以其特有的技术和性能优势，如全固态结构、可靠性高、寿命长；启动速度快，响应时间短；测量范围大，动态范围宽；抗冲击、振动，耐化学腐蚀；体积小、重量轻、成本低；适合大批量生产等，已经广泛用于各领域。

国际上通用的光纤陀螺形式为单干涉式，即利用一套光路（一个保偏光纤环）的快轴或者慢轴实现SAGNAC干涉仪，通过分别按照顺时针（CW）、逆时针（CCW）传播的两束主波列之间的干涉来解算载体转动导致的SAGNAC相移。这种干涉仪虽然结构简单，但是随着光纤陀螺应用领域的不断扩展，其体积、重量与精度之间的矛盾日益突出，以现有的技术和工艺水平，在维持精度的前提下，进一步减小体积、重量很难实现突破，反之亦然。

差分双干涉式光纤陀螺是在一套光路（一个保偏光纤环）中，利用其快轴和慢轴分别实现一个SAGNAC干涉仪，这两路干涉仪的输出呈现差分形式，经过差分解算以后，SAGNAC效应得到加倍。由于光路系统中无起偏器，且同时利用保偏光纤的两个偏振态，使得两路干涉仪的偏振态相互影响，一方面增加了其偏振非互易误差的幅值，另一方面增大了偏振非互易误差的复杂度，使其产生机理不同于传统光纤陀螺。由于偏振非互易误差随温度变化呈现波动性，严重影响了陀螺的实际应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述由于偏振非互易误差随温度变化呈现波动性，从而影响陀螺实际应用的问题，提出一种基于尾纤匹配的差分双干涉式光纤陀螺偏振非互易误差抑制方法。

本发明的基于尾纤匹配的差分双干涉式光纤陀螺偏振非互易误差抑制方法，包括如下步骤：

步骤1：将光纤熔接点和耦合器作为节点，对差分双干涉式光纤陀螺光路上的尾纤与光纤进行分段标识，每相邻的两个节点之间一段尾纤或光纤做一个标识；获得宽谱光源去相干长度L_dc；

步骤2：获取两路陀螺主波列的幅值和相位，获取两路陀螺产生一次及二次偏振交叉耦合波列的幅值及相位；

步骤3：将在陀螺输出端具有相同偏振态的波列的相位进行两两相减，获取相位差；

对于某路陀螺，陀螺的主波列、产生的二次偏振交叉耦合波列以及另一路陀螺产生的一次偏振交叉耦合波列具有相同偏振态，将其中具有相同偏振态的任意两个波列的相位相减获取相位差，获取该路陀螺的一组相位差；

步骤4：将步骤3获得的相位差转换为光程差；

步骤5：构造不等式组，使得主波间满足相干条件，主波与耦合波列间、耦合波列与耦合波列间满足去相干条件，根据不等式组调整各段光纤和尾纤的长度。

所述的不等式组表示如下：

|ΔOPD_1,2|<L_dc；

|ΔOPD_p,q|>L_dc,，1≤p≤n,1≤q≤n,且p≠q,p=1时q≠2,p=2时q≠1；

其中，ΔOPD_p,q表示第p个波列和第q个波列的光程差，ΔOPD_1,2表示两主波的光程差。

所述的步骤3中，设某路陀螺在输出端共有n（n为正整数）个具有相同偏振态的波列，则其中第p个波列和第q个波列的相位差为：

1≤p≤n,1≤q≤n,且p≠q

和分别表示第p个波列和第q个波列的相位。

所述的步骤4中，依据下面公式将相位差转换为光程差ΔOPD_p,q：

其中，λ是入射光波的波长。

本发明提供了一种针对差分双干涉式光纤陀螺偏振非互易误差的抑制方法，相比现有技术具有以下如下优点和积极效果：

（1）可降低对光路系统中光纤熔接点、耦合器等器件参数的要求；

（2）方法简单，易于实现，偏振非互易误差抑制效果显著。

附图说明

图1是差分双干涉式光纤陀螺光路系统原理框图；

图2偏振交叉耦合点及各尾纤示意图；

图3是熔点O₁处光波传输示意图；

图4是光纤对轴熔接示意图；

图5是一次和二次偏振耦合波列产生示意图；

图6是本发明的差分双干涉式光纤陀螺偏振非互易误差抑制方法流程示意图；

图7是尾纤匹配前陀螺输出波形；