[发明专利]一种单光源双偏振的光纤陀螺仪

说明书

本申请提供一种单光源双偏振的光纤陀螺仪，包括：光源、起偏器、消偏器、耦合器、第一偏振光通路、第二偏振光通路、保偏光纤环；其中，光源、起偏器、消偏器、耦合器依次串接，耦合器的输出端连接并联的第一偏振光通路和第二偏振光通路的输入端，第一偏振光通路和第二偏振光通路的输出端连接保偏光纤环；耦合器的输出端和第二偏振光通路的输入端之间串接有延时模块。本申请利用首先起偏器和消偏器以实现双偏振光功率均衡，同时延时模块使双偏振光具有相位差，再配合对双偏振光进行反向调制，能够有效降低光纤中的偏振交叉耦合噪声，对于提高光纤陀螺的游走和零偏性能有非常重要的意义。

技术领域

本申请涉及陀螺仪技术领域，具体涉及一种单光源双偏振的光纤陀螺仪。

背景技术

光纤陀螺仪是一种测量物体惯性运动角速度的传感器。由于其精度高、性能稳定、可靠性好、抗干扰能力强和寿命长等特点而被广泛应用于导弹、航空、航天、航海等领域。

光纤陀螺是基于萨格纳克效应(Sagnac effect)而制造出来的定向装置，光学陀螺仪基本工作原理是：在闭合光路中的两束特征相同的光分别沿顺时针(CW)方向和逆时针(CCW)方向传输时，如果该光路存在转动，则两束光会产生与该转动角速度相关的相位差，从而根据这两束光的干涉信号即可得出该闭合光路的转动角速度。上述相位差被称作萨格纳克相移φ_s，其与转动角速度Ω的关系可表示为：式中，λ为光源波长，c表示真空中的光速，L和D表示保偏光纤环的长度和直径。

由于Sagnac相移远远小于光波的相移，因此光纤陀螺的结构设计要考虑抑制其他非互易的相移，尽可能地降低噪声。一个基本的结构设计原型就是采用“最小互易结构”作为光纤陀螺的基础结构，如图1所示。最小互易结构的设计目的在于保证顺时针CW和逆时针CCW光波所经历的光路完全一致，即满足互易性的要求。由于Sagnac信号是一个非常小的相位信号，远远小于光波传输相移，只有互易性被保证时才能被清楚地检测出来。最小互易结构中要素是两方面互易性的保证：一个是偏振互易性，即保证CW、CCW光波所经历的偏振模式是一样的；另一个是耦合器互易性，即保证CW、CCW光波经过耦合器的方式是一样的。其中偏振互易性是最重要的一个方面，如果偏振互易性没有良好的保证，就会产生偏振非互易(PN)误差。偏振非互易误差会对光纤陀螺性能造成严重的劣化，集中体现在造成零偏稳定性的变差，而且还决定了光纤陀螺中噪声降低效果的极限。因此在陀螺的结构设计中，偏振互易性被放置在非常优先的位置，偏振非互易误差也是提高陀螺精度的一个关键问题。

双偏振光纤陀螺是近些年提出的一种新型光纤陀螺仪，和传统光纤陀螺的区别在于该结构利用了光纤环中的两个偏振态的光学补偿效应来进行测量，具有结构简单、环境适应性强的优点。然而，双偏振态光纤陀螺仪，是通过检测两个偏振态方向的光分别在闭合光路中的光学补偿效应来进行测量，两个偏振态的光在保偏光纤环中传输时会存在的偏振交叉耦合，即在其中一个主轴(如快轴)上传输的光可能会由于应力耦合进入另一个主轴(如慢轴)，进入另一主轴上的光为耦合光，由于快轴和慢轴的光都是同一光源发出的，具有一定的相干性，耦合光会与主轴的光干涉影响真实信号的解调。

因此，需要提供一种能降低偏振交叉耦合噪声的双偏振光纤陀螺仪。

发明内容

本申请的目的是提供一种单光源双偏振的光纤陀螺仪。

本申请提供一种单光源双偏振的光纤陀螺仪，包括：光源、起偏器、消偏器、耦合器、第一偏振光通路、第二偏振光通路、保偏光纤环；其中，

所述光源、起偏器、消偏器、耦合器依次串接，所述耦合器的输出端连接并联的第一偏振光通路和第二偏振光通路的输入端，所述第一偏振光通路和第二偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环；

所述耦合器的输出端和所述第二偏振光通路的输入端之间串接有延时模块。

在本申请的一些实施方式中，所述延时模块为单模光纤或保偏光纤。