[发明专利]一种光子带隙光纤陀螺中反射次波光程差的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光子带隙光纤陀螺中反射次波光程差的测量方法，属于光纤应用技术领域。

背景技术

光纤陀螺作为发展极为迅速的一种惯性角速度传感器，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。

光纤是光纤陀螺中最主要的传输介质。现有光纤陀螺中通常采用普通熊猫型保偏光纤，其导波特性对外界温度、电磁等物理场较敏感，因而导致光纤陀螺环境适应性较差。目前针对这一问题主要采取被动防护的措施来解决，如添加防护罩等。这些措施虽然能够在一定程度上提高光纤陀螺的环境适应性，但同时也带来了一些副作用，如体积、重量、功耗和成本的增加。

光子带隙光纤是一种基于光子带隙效应的新型微结构光纤，通过SiO₂和空气孔的周期性排列形成二维光子晶体结构，产生光子带隙效应，从而限制光波在中心空气孔缺陷(纤芯)中传播。这种结构和导光机理上的独特性使得光子带隙光纤具有众多不同于传统光纤的特性，如对温度、电磁场、空间辐射等环境因素的敏感度低，对弯曲不敏感等。因此，光子带隙光纤是解决光纤陀螺环境适应性问题的理想选择，是光纤陀螺的未来发展趋势。

光纤陀螺的基本结构包括光源、耦合器、Y波导、光纤环和探测器共五大光学器件，它们之间通过光纤熔接的方式进行连接。光纤熔接可借助成熟的商业熔接机完成，操作简单快捷，是目前通用的光纤陀螺生产工艺。现有的光子带隙光纤陀螺中仅有光纤环是由光子带隙光纤绕制而成，其余器件与传统陀螺无异，光子带隙光纤环与Y波导输出尾纤的连接也采用了光纤熔接的方式，陀螺光路的构成方式与传统陀螺一致。

由于光子带隙光纤的纤芯为空气，与Y波导尾纤的纤芯折射率不同，由菲涅尔反射定律可知熔点处会产生较大的端面反射。反射光波经Y波导汇合发生干涉，在陀螺输出信号中引入了偏置误差，影响光子带隙光纤陀螺的静态精度和长期稳定性。针对这一问题的一般解决方法是将反射光波的光程差拉开，使其去相干，即控制两个熔点的相对位置使反射光波不能发生干涉。因此，如何精确控制反射次波间的光程差成为解决光子带隙光纤陀螺中反射次波致偏置误差的关键。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种光子带隙光纤陀螺中反射次波光程差的测量方法。

本发明的一种光子带隙光纤陀螺中反射次波光程差的测量方法，具体包括以下步骤：

步骤一、记录并导出光谱仪所测的输出光谱数据；

利用光谱仪测量输出光谱数据。

步骤二、对测量得到的光谱数据做快速傅里叶变换得到反射次波的光程差；

设波长为λ的光反射到光谱仪时存在稳定的相位差则返回光强I为：

其中，

I_λ＝I_λ正+I_λ反+I_1λ+I_2λ

Iλ,=2I1λI2λ]]>

I_λ正与I_λ反为光源输出的波长λ的光沿光路正向和反向经过，到达光谱仪的光强，I_1λ与I_2λ为光源输出的波长λ的光经两个反射点反射后，到达光谱仪的光强，n_λ为波长为λ的光在传输介质中的折射率，L为次波反射点距离，n_λ为波长为λ的光在传输介质中的折射率。因此只需求解出光谱中所包含的周期信息，即可得到次波反射点距离，因此得到反射次波光程差n_λ×L。

本发明的优点与积极效果在于：

(1)本发明只需使用光谱仪即可完成测量，降低了测量对实验器材的需求。