[发明专利]一种基于FRM的光源相对强度噪声对消结构

说明书

本发明提供了一种基于FRM的光源相对强度噪声对消结构，属于光纤陀螺技术领域。本发明结构包括ASE光源、单偏振的2×2保偏耦合器、法拉第旋转镜(FRM)、Y波导集成光学器件、保偏光纤环及探测器。ASE光源的光经过2×2保偏耦合器后变为偏振光，并分成两束，一束作为信号光，一束作为参考光，信号光通过Y波导集成光学器件分为两束进入光纤环发生干涉，参考光经过FRM使得偏振态旋转90°并反射，参考光和反射光合光之后进入探测器。本发明的参考光和干涉光有一定的时间差，且偏振态互相垂直，合光时不发生干涉，实现光功率增加，完成相对强度噪声的抑制。

技术领域

本发明属于光纤陀螺技术领域，特别是一种基于FRM(Faraday Rotator Mirror，法拉第旋转镜)的光源相对强度噪声对消结构。

背景技术

在高精度光纤陀螺中，采用的光源为稀土掺杂的超荧光光纤光源，这种光源输出功率高，到达陀螺探测器上的光功率可达到几十微瓦，高输出功率有利于提高光纤陀螺的信噪比，但在实验中发现，随着光纤光源输出光功率的增大，光纤陀螺探测器输出信号的信噪比并没有按预期提高，这种现象源于光电流中存在相对强度噪声(RIN)，当光源输出功率达到几十微瓦量级上时，相对强度噪声占总噪声的绝大部分，再提高光功率，信噪比将很难再提高。超荧光光纤光源由光电流涨落引起的噪声可以由公式(1)表示：

<ΔI>²＝2e<I>B+<I>²B/Δv (1)

其中公式中<ΔI>²为由光电流引起的噪声，其中第二项为强度噪声项，由于宽谱光源所有不相关的频率分量之间随机拍频产生的附加噪声，因此与光强成正比，强度噪声项表示为：

其中为相对强度噪声，用方差形式表示，<I>为平均探测电流，e为电子电量(1.6×10^-19C)，B为探测器带宽，Δν为光源线宽，其定义式为：

Δν＝[∫P(v)dv]²/∫P²(v)dv (3)

其中P(v)为光源光谱宽度。

由以上公式得出光源功率越大、谱宽越窄强度噪声越大。光纤陀螺的主要噪声包括热噪声、散粒噪声和强度噪声，当<I><<2eΔv时，散粒噪声占主要地位，提高光功率有利于提高信噪比；当<I>>>2eΔv时，强度噪声占主要地位，此时信噪比与光功率无关。

ASE光源具有功率大、波长稳定性好、相干性弱等优点，当ASE功率较小时，光纤陀螺的精度主要受散粒噪声的限制，提高光源功率可提高陀螺精度，但当相对强度噪声为主要噪声时，提高光功率，陀螺的精度及信噪比受到限制，因此抑制相对强度噪声对提高陀螺的精度意义重大。

对于相对强度噪声的抑制，通常采用光路或电路两种方式进行抑制，电路的方式常需要增加元器件，结构复杂。而对于采用光路的方式进行抑制，减少了电路方式的复杂性，但需要克服保偏光纤长度匹配的困难，所以选用较少的元器件更由助于相对强度噪声对消的实现。

发明内容

针对光源相对强度噪声的问题，本发明提出一种方案合理、易于实现的基于FRM的光源相对强度噪声对消结构。

本发明提供的一种基于FRM的光源相对强度噪声对消结构，包括ASE光源、2×2保偏耦合器、法拉第旋转镜FRM、Y波导集成光学器件、保偏光纤环以及探测器。其中2×2保偏耦合器的四端分别和ASE光源、Y波导集成光学器件、FRM以及探测器相连接。