[实用新型]一种基于45°倾斜光纤光栅起偏器的开环光纤陀螺

说明书

本实用新型涉及光纤传感技术领域，针对现有陀螺因采用光纤拉锥和晶体生长、Y波导等传统起偏器带来的开环光纤陀螺可靠性隐患、难以实现更小体积以及功耗较大等一系列问题，提供一种基于45°倾斜光纤光栅起偏器的开环光纤陀螺，其包括光源、探测器、第一耦合器、第二耦合器、光纤环和相位调制器；所述光源为SLD光源或ASE光源；光源和探测器分别与第一耦合器连接；第二耦合器与光纤环的两端相连；其特殊之处在于：还包括45°倾斜光纤光栅起偏器，所述45°倾斜光纤光栅起偏器两端分别与第一耦合器和第二耦合器相连。

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种基于45°倾斜光纤光栅起偏器的开环光纤陀螺。

背景技术

光纤陀螺是一种用来检测载体运动角速率的传感器，是导航仪器中的关键器件，其产品已经广泛应用在航空与航天、航海与深海探测、铁路、通信等广泛领域。其中，开环光纤陀螺具有体积小、重量轻、结构简单以及相对优异的性能，在中低精度光纤陀螺领域具有广阔市场潜力。

随着科研和工程应用的不断拓展，开环光纤陀螺工作的环境越来越复杂，对开环光纤陀螺的稳定性、体积、重量及功耗也有着更高的要求。

传统的开环光纤陀螺方案中采用的起偏器为在线光纤拉锥和晶体生长，这种起偏方案需求设备复杂、工艺难度大、成品率低，其拉锥结构也决定其耐冲击性能差、存在可靠性隐患。近年，部分企业及研究机构对于起偏方案进行了一些改进，开始采用Y波导的起偏方案，但仍存在如下缺陷：

(1)Y波导本身并非全光纤结构，在光纤陀螺系统中需空间耦合至光纤输出，该处空间分离耦合部分需经过专门的固定及封装，存在因环境剧烈振动导致耦合效率降低甚至失效的风险。另外，为获得更小的陀螺体积，甚至会拆除Y波导封装，进一步降低了光纤陀螺稳定性。

(2)由于Y波导为块状结构，在某些开环光纤陀螺方案中，为实现更小体积光纤陀螺，一般只能将Y波导同超辐射发光二极管(SLD)光源、电路板固定在光纤环的两侧，从而引入一根光纤纵向穿过陀螺。为保护该光纤，光纤环需经过特殊机械设计，此外还要对该段纵向光纤添加套管保护。尽管如此，在高频振动、剧烈振动的环境下，该光纤依然存在损坏的风险，进而导致系统故障。

(3)Y波导的插损较大，因此基于Y波导的开环光纤陀螺对于光源的功率有着更高的要求，同时使得开环光纤陀螺功耗增加，不利于光纤陀螺的应用。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术所存在的问题，提供一种基于45°倾斜光纤光栅起偏器的开环光纤陀螺，解决了现有陀螺因采用光纤拉锥和晶体生长、Y波导等传统起偏器带来的开环光纤陀螺可靠性隐患、难以实现更小体积以及功耗较大等一系列问题。在保证开环光纤陀螺精度的同时，可有效提高其稳定性、可靠性，提高开环光纤陀螺的多项性能，实现开环光纤陀螺的更小型化、更轻质量、更低功耗、更低成本、更简单结构设计及工艺，为开环光纤陀螺性能提升、应用、拓展及市场普及奠定了重要基础。

本实用新型的实用新型构思是：SLD(超辐射发光二极管)光源或ASE(放大自发辐射)光源发出的光经第一耦合器后进入45°倾斜光纤光栅偏振器，它产生单偏振光并进入到第二耦合器，经第二耦合器后分为等光强等偏振态的两束光进入光纤环，这两束光在光纤环中分别沿顺时针和逆时针方向相向传播，且两束光满足相干条件。当光纤环绕其中心轴发生转动后，产生了Sagnac效应，从而在第二耦合器处的干涉光强发生变化；由光电探测器检测出变化的光强，经处理后即得转动角速度。

本实用新型提供一种基于45°倾斜光纤光栅起偏器的开环光纤陀螺，包括光源、探测器、第一耦合器、第二耦合器、光纤环和相位调制器；所述光源为 SLD光源或ASE光源；光源和探测器分别与第一耦合器连接；第二耦合器与光纤环的两端相连；其特殊之处在于：还包括45°倾斜光纤光栅起偏器，所述 45°倾斜光纤光栅起偏器两端分别与第一耦合器和第二耦合器相连。