[发明专利]一种基于自由曲面透镜耦合的空芯光子晶体光纤谐振陀螺有效
申请号: | 202110395745.2 | 申请日: | 2021-04-13 |
公开(公告)号: | CN113267177B | 公开(公告)日: | 2022-05-27 |
发明(设计)人: | 佘玄;范文;申何良;陈侃;毕然;舒晓武 | 申请(专利权)人: | 浙江大学 |
主分类号: | G01C19/72 | 分类号: | G01C19/72;G01C25/00 |
代理公司: | 杭州求是专利事务所有限公司 33200 | 代理人: | 林超 |
地址: | 310058 浙江*** | 国省代码: | 浙江;33 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 自由 曲面 透镜 耦合 光子 晶体 光纤 谐振 陀螺 | ||
本发明公开了一种基于自由曲面透镜耦合的空芯光子晶体光纤谐振陀螺。本发明中窄线宽激光光源出射的光经第一保偏光纤后再经相位调制器调制后到达Y波导,Y波导将光分为两束等光强的光,两束光分别经过两个环形器后从对应的第二保偏光纤出射后透过自由曲面透镜耦合器和偏振分束棱镜耦合后进入空芯光纤环;空芯光纤环内的一部分光在自由曲面透镜耦合器反射后在空芯光纤环的环内发生谐振,空芯光纤环内的另一部分光透过自由曲面透镜耦合器后返回到第二保偏光纤经对应的环形器后到达对应的光电探测器。本发明集成度高,耦合部件少,减少元件之间的相对位置误差,整体结构更加紧凑,提高光纤陀螺的可靠性和环境适应性;制作工艺流程简单,稳定性高。
技术领域
本发明属于惯性传感技术和集成光学领域,是一种空间光耦合方式的空芯光子晶体光纤陀螺。
背景技术
随着惯性技术的发展,应用领域对惯性系统的体积、重量要求越来越高,集成化、小型化、低成本和高稳定性的光学陀螺设计成为必然。保偏光纤相比于传统的单模光纤,具有更低的插入损耗,更小的非线性度,并且对环境变化不敏感。近年来,保偏光纤被越来越多的应用于谐振陀螺的谐振腔制作中。但是,目前的光纤熔接工艺和保偏光纤不兼容,将实芯光纤与保偏光纤熔接在熔接点处往往会出现很高的插入损耗。
空间光耦合是通过透镜完成光纤之间的耦合,被很多人应用于保偏光纤谐振腔中,并且空间光耦合器有潜力做小并集成在片上的潜力。目前的空间光耦合方案大多是平面分光镜和一般透镜的组合,由自由曲面设计的透镜报道还比较少。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足,引入自由曲面设计将空间耦合器设计一体化,用一块透镜完成所需的耦合。显著降低了谐振腔内的损耗并减少了耦合部件的数量,降低了封装难度。
本发明采用的技术方案是:
本发明包括窄线宽激光光源、第一保偏光纤、相位调制器、Y波导、环形器、光电探测器、第二保偏光纤、自由曲面透镜耦合器、硅片、空芯光纤环和偏振分束棱镜;
窄线宽激光光源依次经第一保偏光纤和相位调制器后与Y波导的合束端相连,环形器包括逆时针环形器和顺时针环形器,Y波导两个分支中的其中一个分支与逆时针环形器的第一端口相连,逆时针环形器的第二端口与一个第二保偏光纤的一端相连,逆时针环形器的第三端口通过第三保偏光纤与一个光电探测器相连;
Y波导两个分支中的另一个分支与顺时针环形器的第一端口相连,顺时针环形器的第二端口与另一个第二保偏光纤的一端相连,顺时针环形器的第三端口通过第三保偏光纤与另一个光电探测器相连;
空芯光纤环卷绕呈环状布置,且空芯光纤环卷绕后的两端向硅片的一侧延伸布置在硅片上;
两个第二保偏光纤的另一端、自由曲面透镜耦合器、偏振分束棱镜和空芯光纤环的两端均固定安装在硅片上,自由曲面透镜耦合器一侧的硅片设置有两个第二保偏光纤的另一端,自由曲面透镜耦合器另一侧的硅片设置有空芯光纤环的两端,空芯光纤环的两端分别与自由曲面透镜耦合器之间设置有一个偏振分束棱镜,偏振分束棱镜放置在硅片上。
所述窄线宽激光光源出射的光经第一保偏光纤后再经相位调制器调制后到达Y波导,Y波导将光分为两束等光强的光,两束光分别经过两个环形器后从对应的第二保偏光纤出射后透过自由曲面透镜耦合器和偏振分束棱镜耦合后进入空芯光纤环;
空芯光纤环内的一部分光在自由曲面透镜耦合器反射后在空芯光纤环的环内发生谐振,空芯光纤环内的另一部分光透过自由曲面透镜耦合器后返回到第二保偏光纤经对应的环形器后到达对应的光电探测器。
所述自由曲面透镜耦合器靠近空芯光纤环的两端的侧面为第二表面,第二表面镀有反射膜第二表面为椭球面,空芯光纤环的两端分别处于椭球的两个焦点,空芯光纤环两端的延长线的交点与椭球面的中心重合。
所述自由曲面透镜耦合器的顶面为第一表面,第一表面镀有增透膜。
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