[发明专利]一种双偏振干涉式光纤陀螺

说明书

本公开提供一种双偏振干涉式光纤陀螺，包括：光源、第一消偏器、耦合器、光电探测器、相位调制单元和光纤环；所述光源输出任意偏振模式的偏振光至所述第一消偏器；第一消偏器对光源发出偏振光进行功率均衡和消相干，得到两个偏振模式功率均衡且不相干的双偏振光；耦合器接收双偏振光，并将双偏振光耦合到光纤环内发生干涉，并将光纤环内干涉光信号耦合输出至光电探测器；光电探测器将干涉光信号转换为电信号输出；相位调制单元用于提供调制信号。本公开提供的双偏振干涉式光纤陀螺，采用消偏器与耦合器结合实现极简结构的双偏振干涉式光纤陀螺，降低了干涉式光纤陀螺的结构复杂度、整体成本和光路损耗，达到与互易结构等效的稳定输出效果。

技术领域

本公开涉及光纤陀螺技术领域，具体涉及一种双偏振干涉式光纤陀螺。

背景技术

光纤陀螺是一种敏感角速率的光纤传感器，干涉式光纤陀螺作为光纤陀螺技术中最成熟的代表，在导航制导、姿态控制等应用场景中都有着极其广泛的应用。

光纤陀螺的原理基于萨格纳克效应(Sagnac effect)。具体说，在转动的闭合光路中，由同一光源发出的两束特征相同的光分别沿顺时针方向和逆时针方向传输时发生干涉，利用检测相位差或干涉条纹的变化，就可以测出闭合光路旋转角速度。萨格纳克效应的一种常见表达方式是顺时针方向和逆时针方向传输的两束光产生了与旋转角速度成正比的相位差这个相位差被称作Sagnac相移。由于干涉式光纤陀螺中Sagnac相移非常微弱，极易淹没在沿光纤累积的相位噪声中，需要采取适当的方法提升信噪比。

干涉式光纤陀螺的主要性能指标包括零偏稳定性、标度因数、随机游走系数、动态范围和带宽这5个方面。其中，零偏稳定性通常定义为在一定平均时间下光纤陀螺输出角速率的标准偏差1σ，由光纤陀螺静态仪输出中的漂移和噪声共同决定；随机游走系数是表征光纤陀螺中白噪声大小的一项重要特征参数，其物理意义为在光纤陀螺中仅有白噪声的情况下，尽管不同带宽要求下测得的陀螺仪输出的1σ不同，但其随机游走系数不变：

其中，RWC代表随机游走系数，其单位为σ_Ω(T)为检测时间T内的标准偏差，B_e＝1/T为检测带宽。在一定范围内，光纤陀螺的信噪比越高，随机游走系数越小。

互易性条件是光纤陀螺抑制噪声的重要方法之一，其目的是让两束相向传播的光以同样的传播模式在同样的光路中传播，并以同样的偏振状态进行干涉，使它们之间的非互易相位差只包含Sagnac相移。这就是光纤陀螺工作条件中要求的互易性条件：单模互易性、耦合器互易性和偏振互易性。单模互易性要求采用单模光纤来减少光纤传播模式间的交叉耦合及其寄生干涉。耦合器互易性通过采用两个耦合器，保证两束光都经历一次环耦合器的直通臂和交叉臂，干涉时携带同样的耦合器相移。偏振互易性的实现是通过采用起偏器件的方式使得光在入环、传播和出光干涉时都处于同样的偏振模式，以抑制偏振非互易误差。满足这些条件的结构可以输出真实而稳定的旋转运动信息。这样的结构称为光纤陀螺的“最小互易结构”。目前，干涉式光纤陀螺通常采用最小互易结构，这种结构只利用了光纤的一个偏振模式，非互易端口不可用，起偏器造成较大的光路损耗，很难满足高精度光纤陀螺的应用需求。

发明内容

本公开的目的是提供一种双偏振干涉式光纤陀螺，以至少解决现有干涉式光纤陀螺的上述缺陷之一。

本公开实施例提供一种双偏振干涉式光纤陀螺，包括：

光源、第一消偏器、耦合器、光电探测器、相位调制单元和光纤环；所述耦合器包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第二端口为非互易端口；

所述光源与所述第一消偏器的输入端连接；

所述耦合器的第一端口与所述第一消偏器的输出端连接；

所述耦合器的第二端口与所述光电探测器连接；

所述耦合器的第三端口通过所述相位调制单元与所述光纤环的一端连接；