[发明专利]包括环形谐振器的光纤干涉式测量装置以及包括该装置的陀螺仪和惯性姿态或导航单元

说明书

技术领域

本发明涉及旨在测量物理参数的光纤干涉式测量装置。

其更特别地涉及包括萨尼亚克(SAGNAC)干涉仪的干涉式测量装置，该萨尼亚克干涉仪包括对待测物理参数敏感的测量工具。

在形成包括该干涉式测量装置的陀螺仪中以及在形成使用该陀螺仪的惯性姿态或导航单元中，本发明得到特别有益的应用。

背景技术

旨在测量物理参数的光纤干涉式测量装置从文献“光纤回转仪(Gyroscope)”(H.Artech House,1993-参见特别是54页图3.26)中已知。

如图1所示，该干涉式测量装置1000包括：

-光源1003，其发射源光信号1003A，

-光纤萨尼亚克干涉仪1010，在其中传播第一光波1001和第二光波1002，第一光波和第二光波对向传播的，所述萨尼亚克干涉仪1010包括：

-输入端口1010A，其以向前方向接收输入光信号，

-分离器1013，在一方面，其连接到所述输入端口1010A，并且在另一方面，连接到所述萨尼亚克干涉仪1010的第一臂1011和第二臂1012，

-测量工具1014，其对待测的所述物理参数敏感，所述物理参数产生在所述两个对向传播光波1001、1002之间的非互易相位差Δφ_p，所述非互易相位差Δφ_p是所述物理参数的函数，以及

-输出端口1010B，其与所述输入端口1010A共用，以与向前方向相反的返回方向传输具有输出光功率的输出光信号，所述输出光功率是在所述两个对向传播光波之间的总相位差Δφ_t的函数，

-光学辐射检测器1004，其接收从所述萨尼亚克干涉仪1010退出的所述输出光功率，并且递送代表输出光功率的电信号，以及

-源耦合器1005，其以所述向前方向将所述光源1003耦合到萨尼亚克干涉仪1010的所述输入端口1010A，并且以所述返回方向将萨尼亚克干涉仪1010的所述输出端口1010B耦合到所述检测器1004。

该干涉式测量装置1000可例如用于干涉式光纤陀螺仪或“I-FOG”中。

如已知的，并且如图1所示，根据现有技术的干涉式测量装置1000的测量工具1014可包括光纤线圈旋转传感器1014A。

有利地，由光源1003发射的源光信号1003A具有宽谱，即该光源1003具有低时间相干性。那样，避免了易于干扰根据现有技术的干涉式测量装置1000的光学相干寄生(spurious)效应，例如在光纤中的相干后向散射或交叉偏振耦合。因此还抑制了非线性克尔(KERR)效应。

通常，线圈旋转传感器1014A的长度越长，那么根据现有技术的干涉式测量装置1000的性能，特别是其灵敏度和其信噪比越好。

然而，线圈传感器1014A的长度的增加使干涉式测量装置1000不仅更昂贵，而且对由SHUPE效应产生的热变化更敏感。

因此，有必要对萨尼亚克干涉仪的线圈旋转传感器1014A的长度达成妥协。

此外，从相同的文件(参见例如159至161页，段落11.1以及图11.1)已知谐振光纤陀螺仪或“R-FOG”，在其中测量工具包括传输模式光纤环形谐振器。

根据现有技术，并且如图2所示，该环形谐振器40包括第一门41和第二门42。

如已知的，入射到第一门41(然后被称为输入门)的光信号41A行进经过环形谐振器40，该环形谐振器40然后将传输的光信号42A传输到第二门42(然后被称为传输输出门)上。

如图2所示，该传输模式光纤环形谐振器40在其传输输出门42处通常具有在频率下(在赫兹下)的响应曲线T_L(f)，该响应曲线T_L(f)具有传输谐振峰43。

对应于传输的光信号42A的功率与入射光信号41A的功率之间的比率的环形谐振器40的该常规响应可通过给出如下来表征：

-自由谱范围ISL，其对应于在两个连续谐振峰43之间在频率下的距离，以及

-精细度F，其对应于在环形谐振器40的自由谱范围ISL与响应曲线T_L(f)的谐振峰43的在频率下的半最大处全宽度(the full width at half maximum)(被表示为FWHM_R(f))之间的比率：因此后者越细，环形谐振器40的精细度F(在给定自由谱范围ISL处)是大的。