[发明专利]基于偏振感测技术的非干涉式光学陀螺仪及感测旋转方法

说明书

一种基于偏振感测技术的非干涉式光学陀螺仪及感测旋转方法，该方法包括：将偏振输入光束分成第一光束和第二光束，然后耦合到经受旋转的光学环路的输入/输出端口中，且第一光束与第二光束传播方向相反；然后合并成组合光束；检测光输出的偏振信息；用光环路的光输出作为反馈来提供闭合反馈回路控制以产生反馈控制信号；在闭合反馈回路使用相位调制器，使第一和第二光束中的至少一个的相位调制进入光环路；将所述反馈控制信号施加到所述相位调制器以使所述光环路中的相对传播信号之间的相位差为零或与零之间的差距小于预设值；根据获得的光输出的偏振信息，以确定光环路所经历的旋转。

技术领域

本专利申请属于光纤信息技术领域，尤其涉及利用光纤传感技术测量角度旋转信息的方法和光学装置。

背景技术

旋转的感测具有广泛的应用，例如导航，运动感测，还包括物体的稳定性控制和运动控制，游戏控制台控制器，以及智能电话的手持设备。通常光学陀螺仪可以设计成，通过测量两个反向传播光束的光学干涉图案的变化来测量旋转。许多光学陀螺仪采用各种干涉光纤陀螺仪(IFOG)的光学Sagnac干涉仪配置。这种光学陀螺仪可以设计成没有运动部件，从而消除了其它陀螺仪(例如机械陀螺)因为振动质量块或运动部件的磨损和损伤而影响精度和寿命。这种干涉式光纤陀螺已经在各种军事和民用应用中商业化和批量生产。

图1和图2示出了基于Sagnac干涉仪的光学干涉陀螺仪的两个例子。图1示出了基本设计，包括光电检测器PD、偏振分束器BS、输入光101、起偏器102；图2显示了基于光纤环路的IFOG设计，包括光源201、耦合器202、起偏器203、耦合器204、相位调制器205、调制信号206、光纤环207。为了提高灵敏度和可靠性，可以使用相对长的光纤环(例如，数百到数千米)。图2还示出了在最灵敏点处偏置陀螺仪的IFOG中的相位调制机制的示例，以及用于增加IFOG的动态范围并提高其检测灵敏度的闭环电路的示例。

由于传统的干涉式光纤陀螺制作成本较高且体积较大，从而限制了其在市场的应用，目前只是在一些特殊领域(如军事领域等)有应用，在较为普遍的民用领域还应用较少。造成干涉式光纤陀螺成本不能下降的原因是多方面的，一方面是干涉式原理对于器件的要求较高，对于光源、调制器等都要求高性能，因此器件成本居高不下。另一方面，干涉式成本对于陀螺的装配精准性也有很高的要求，因此造成了制造成本大大提高，而且成品率往往也比较低，并不利于机械自动装配。

发明内容

本发明实施例提出了一种采用偏振技术原理的光学陀螺仪和光学感测旋转的光学装置和光学感测技术。本发明与干涉式光纤陀螺相比，可以有效地降低成本，并且体积更小。

一种方案，提供了一种用于基于光偏振的感测旋转的方法，而不依赖于传统的光学干涉测量，包括将输入偏振光束分成具有第一光学偏振的第一光束和与第一偏振光束偏振正交的第二光学偏振光束；将第一和第二光束耦合到经受旋转的光学环路的输入/输出端口中，引导第一光束在光环路中第一环路中传播，引导第二光束到所述光回路在与所述第一回路方向相反的第二回路方向上传播；将第一和第二光束的光在输入/输出端口处汇合，同时保持第一和第二光束偏振彼此正交，而不会在输入/输出端口处引起第一和第二光束之间的光学干涉，以产生作为光环路的光输出的组合光束；检测光输出的组合光束，以获得光输出的光偏振信息；处理所获得的光输出光偏振信息，以确定光环路所经历的旋转。