[发明专利]一种光纤陀螺仪用紧凑型预报单光子源及其产生方法

说明书

本发明涉及一种用于量子高阶干涉光纤陀螺仪的紧凑型预报单光子源，其包括二极管激光器、单模光纤、桨式光纤偏振控制器、第一圆锥型光纤透镜、周期极化非线性晶体波导、温控器、第二圆锥型光纤透镜、保偏单模光纤及保偏光纤偏振分束器。本发明的用于量子高阶干涉光纤陀螺仪的紧凑型预报单光子源，可以得到高亮度光子对，同时具有更小体积，从二极管激光器产生的泵浦光经第一圆锥型光纤透镜耦合入周期极化非线性晶体波导，由周期极化非线性晶体波导出射后经第二圆锥型光纤透镜耦合入保偏光纤收集参量光光子对，然后熔接光纤偏振分束器，将偏振态相互正交的参量光分开，该预报单光子源具有良好的互易性，同时具有高对称性且尺寸满足装配的优点。

技术领域

本发明属于导航定位技术的光纤陀螺仪技术领域，特别是一种量子高阶干涉光纤陀螺仪用紧凑型预报单光子源及其产生方法。

背景技术

陀螺仪作为典型的惯性导航设备，在军用及民用领域均有重要应用。随着深远海条件下的高精度、高可靠导航信息需求进一步提高，对惯性导航系统的性能提出了比卫星拒止条件下独立精确导航、智能化导航等更高的要求。陀螺仪作为满足上述应用要求的惯性导航系统的核心原件，其精度直接决定着惯性导航系统的性能。

提高光纤陀螺灵敏度的传统方案主要靠增加光纤环圈尺寸和光纤长度来提高灵敏度，将带来诸多新缺点，如增加系统复杂程度、引入更大的Shupe误差(指光纤陀螺环圈中存在位置不对称的温度扰动时，两束反向传播光束在不同时间经过这段光纤将产生一个非互易相移。不对称的应力变化也会产生类似的非互易相移。这种由温度扰动引起的Sagnac干涉仪的非互易性被称为Shupe误差)等，灵敏度继续提升遇到瓶颈。

为此，申请人正在研发的基于量子高阶干涉效应的光纤陀螺，利用预报单光子源对作为光源，将光子对分别耦入由单模保偏光纤绕制成的环圈。当闭合光路以角速度Ω旋转时，两光子分别在光纤中沿顺时针和逆时针传播，当回到出发点时会产生与转速成比例的Sagnac相移。出射后的两光子在分束器上合束，产生聚束效应。当两光子同时到达分束器，相对延时τ＝0，则符合测量曲线上有一“谷”，位置在相对延时τ≠0处；而当闭合光路发生旋转，“谷”的位置会发生平移，并且满足

其中N为光纤环圈匝数，R为光纤环圈曲率半径，Ω为转速，n为光纤有效折射率，c为真空中光速。由此，该高阶干涉效应的光纤陀螺可以通过曲线在时间维度的平移量来解出转速信息。

其提出了一种利用量子干涉效应提升陀螺精度的新方案，解决了利用量子干涉效应提升陀螺灵敏度和精度的问题。但是现有的量子光源均为空间光路，其尺寸大，需分层设置，否则无法安装在光纤陀螺的光纤环圈的内环范围内，而且，抗震动性差、产生效率较低，同时其亮度、互易性较差等问题均仍待解决。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于量子高阶干涉光纤陀螺仪的紧凑型预报单光子源，其具有高亮度、具有互易结构、高对称性且尺寸满足装配的优点。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：