[发明专利]一种保偏光纤环的光学多次倍增装置及方法

说明书

本发明公开了一种保偏光纤环的光学多次倍增装置及方法，该装置主要包括光源、2×2光纤耦合器、集成光学芯片、偏振分束/合束器、两个偏振开关、保偏光纤敏感线圈以及探测器。偏振分束/合束器基于倏逝耦合效应，可以实现特定模式光在光纤之间的相互耦合。偏振开关可以通过控制电压使通过其中的线偏振光实现90度的偏振旋转或保持不变。通过调制两个偏振开关的电压，可以使入射光信号沿保偏光纤敏感线圈循环传输，从而达到多次倍增的效果，该方案简单高效且成本低廉，在不增加光纤长度的前提下可多倍次提高光纤陀螺的有效光路长度。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种保偏光纤环的光学多次倍增装置及方法。

背景技术

光纤陀螺具有高理论精度、全固态、高可靠性等优势，在诸多领域都有着广泛的应用。为了适应更复杂和严苛的应用需求，尤其是在军事方面的应用，各国研究人员都对光纤陀螺精度的提升开展了深入的研究。保偏光纤环作为光纤陀螺的敏感单元，其性能很大程度上决定了光纤陀螺整体的精度。因此在光纤陀螺精度提升的研究过程中，人们提出了诸多方法，如采用特殊的绕环方式减少保偏光纤环的扭曲、研制偏振消光比更高的保偏光纤等，但这些方法或者提升效果不明显，或者成本高、研发周期长，难以取得理想的效果。

除此之外，通过增加保偏光纤长度和光纤环直径可以累积角速度产生的非互易相位差，从而提升光纤陀螺的精度，但其致命缺点是对温度等环境适应性大大降低，限制了精度的提高。因此，亟需一种能在不降低光纤陀螺环境稳定性的前提下提高光纤陀螺的精度，同时能保持光纤环体积基本不变的装置及方法，在光纤陀螺的技术提升上具有重要工程意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的光纤陀螺稳定性差、精度低的不足，提出一种保偏光纤环的光学多次倍增装置及方法，在不增加光纤长度的条件下，通过配合使用偏振分束器/合束器以及偏振开关，可以使光信号在保偏光纤环中循环传输，提高角速度引起的相位累积，从而提升光纤陀螺的精度，同时不影响其环境适应性和尺寸。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种保偏光纤环的光学多次倍增装置，包括光源、2×2光纤耦合器、集成光学芯片、偏振分束/合束器、第一偏振开关、第二偏振开关、保偏光纤敏感线圈以及探测器；

所述光源的输出端和探测器的接收端通过保偏光纤分别与2×2光纤耦合器同一侧的两个端口连接，2×2光纤耦合器另一侧的一个端口通过保偏光纤与集成光学芯片的输入端口连接，集成光学芯片的两个输出端口连接偏振分束/合束器；所述的偏振分束/合束器包括四个端口：A端口、B端口、C端口和D端口，所述B端口和C端口通过保偏光纤分别与集成光学芯片的两个输出端口连接，A 端口和D端口通过保偏光纤分别与第一偏振开关和第二偏振开关的同侧端口连接，第一偏振开关和第二偏振开关的另一侧端口通过保偏光纤分别与保偏光纤敏感线圈的两端连接。

作为本发明的优选实施方式，所述的集成光学芯片由起偏器、相位调制器以及Y波导组成。起偏器用于将光信号起偏为沿保偏光纤慢轴(或快轴)传输，优选为慢轴。