[发明专利]一种用于三轴一体光纤陀螺的光纤耦合器阵列

说明书

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种用于三轴一体光纤陀螺的光纤耦合器阵列，以及采用上述光纤耦合器阵列的三轴一体光纤陀螺光路，包括1个光源，5个膜片式1×2光纤耦合器，3个Y波导，3个探测器和3个光纤环，其中，耦合器A的分光比为1:2，耦合器B、C、D、E的分光比为1:1，通过耦合器的合理摆放与连接方式，实现了三轴一体光纤陀螺中三个光纤线圈复用单一光源的功能，本发明同时还提出一种用于该光路的器件盘设计和光纤耦合器摆放设计方案。具有小型化，无熔点的优点，具有高可靠性和实用性，且适合于批量生产，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种用于三轴一体光纤陀螺的光纤耦合器阵列。

背景技术

光纤耦合器(Fiber coupler)是将光从一条光纤分至多条光纤的双向无源器件。作为最基本的光功率分配器件，光纤耦合器已经成为光纤技术领域的核心元器件。光纤耦合器应用广泛，例如在光纤通信中的电信网络、有线电视网络、区域网络等领域，在光纤传感中的光纤陀螺、光纤温度传感器、光纤水听器等领域。

光纤耦合器按照输入输出端的数目可以分为X型耦合器、Y型耦合器、树形耦合器和星形耦合器。X型耦合器是指具有2×2端口组态的耦合器。Y型耦合器是指具有1×2端口组态的耦合器。星形耦合器是指具有N×N(N＞2)端口组态的耦合器。树形耦合器是指具有1×N(N＞2)端口组态的耦合器。常用的光纤耦合器有1×2，2×2，3×3，1×N，N×N等。分光比(Coupling ratio)(或称耦合比)是光纤耦合器的一个重要参数，它是光纤耦合器各输出端口的光功率的比值,在具体应用中有时也用相对于输出总功率的百分比来表示。

光纤陀螺是采用Sagnac干涉原理,利用光纤绕成环形光路并检测出转动产生的正向反向的两路光束之间的相位差,由此计算出旋转角速度的。光纤陀螺不仅具有环形激光陀螺的各项优点,而且它无高电压电源、无机械抖动，在这些方面还优于环形激光陀螺，无论在军用还是民用领域里都拥有极强的竞争能力和广阔的潜在市场。

三轴一体光纤陀螺是一种将惯性导航所需3个正交方向的陀螺设计成一体化的光纤陀螺，它对光路、电路和结构等方面均进行了综合考虑，能够共用光源、共用检测电路，并进行了一体化结构设计。它与传统的光纤陀螺相比具有资源共享、体积减小、降低功耗等特点。三轴一体光纤陀螺在光路上采用了:基于集成技术的集成光学相位调制器、基于器件小型化技术的细径光纤、基于器件小型化技术的光源、基于光源共用技术的三轴陀螺等小型化技术。

三轴一体光纤陀螺为了实现三个光纤线圈复用一个光源的功能，必须采用光纤耦合器。现有技术中目前基本采用两种方案：一种方案是直接采用一个1×3(或3×3)的光纤耦合器，如申请号为201110090604.6的中国发明专利所公开的，这种耦合器在制作时，由于对耦合比的要求较精确，附加损耗要求小，因此难度较大，采用1×3(或3×3)光纤耦合器的三轴一体光纤陀螺光路结构示意图如图1所示。另一种方案是采用两级两个1×2(或2×2)的光纤耦合器，其中第一级耦合器的分光比为1：2，第二级耦合器的分光比为1：1，这种方案的器件制作工艺已相当成熟，耦合比可以相当精确，是目前采用较多的方案。采用两级两个1×2(或2×2)光纤耦合器的三轴一体光纤陀螺光路结构示意图如图2所示。

目前，三轴一体光纤陀螺的光纤耦合器均采用熔融拉锥(Fused BiconicalTaper,FBT)技术制作，这种方案的两级耦合器之间需要采用熔接的方式连接，会增加熔接损耗，而且因为有熔点存在，光纤陀螺光路的可靠性降低，而且光纤耦合器不能批量生产，生产效率低。

发明内容

为了解决上述现有三轴一体光纤陀螺光纤耦合器存在的问题，本发明提出了一种用于三轴一体光纤陀螺的光纤耦合器阵列，该发明的特点是小型化，无熔点，具有高可靠性，且适合于批量生产，以及采用上述光纤耦合器阵列的三轴一体光纤陀螺光路。