[发明专利]一种窿格奈克型干涉仪系统

说明书

本发明是关于窿格奈克（Sagnac）型干涉仪系统的，可用在陀螺仪上或用于依法拉第效应测量电流方面。

这种干涉仪系统是利用出自同一光源的两束光，沿着同一根单模光纤按相反方向传播，两束光有相同的光程，在到达检测器前就进行干涉的原理。光源一般为激光型二极管。系统能显示非互易相位变化，此非互易相位变化取决于光束的传播方向，并由于陀螺仪中的窿格奈克效应或测量电流时的法拉第效应而产生。非互易相位变化的产生较之互易相位变化的产生要容易一些。这是因为光束在沿着干涉仪传播过程中遇到各种干扰而产生的互易相位变化，在光电检测器上会因补偿而消除掉。

若不采取特殊措施，在光电检测器上的两束光的光功率会产生一个直流分量和一个正比于它们相对相位差余弦的分量，这样就会形成光电检测器余弦探测定律在原点处其灵敏度为零的缺点。为了克服此缺点，通常对着干涉环传播的两束光进行周期性的、对称的相位调制，调制周期为2τ，其中τ是光束绕干涉环传播一周所用的时间。如已出版的法国专利申请号FR-A-2471583上所述，这种相位调制在光电检测器上可以产生一个含有频率分量为1/2τ的信号，该信号正比于两束光相对相位差的正弦，在原点处一个小的相对相位差范围内，光电检测器有最大的灵敏度。

除了利用光束的相位调制外，用于陀螺仪或用于利用法拉第效应测电流的窿格奈克型干涉仪系统还用了一个集成光学元件Y-型耦合器，用以在将光输入进构成干涉环的光纤之前将光源的光分成两束，并将从干涉环输出的两束光重新合并为一束，同时还使用了一个方向耦合器，将光源发出的光与两束从干涉环返回的光分开。

这种集成光学器件结构紧凑，对震动不灵敏……，优于传统的光学装置。然而，它们也存在着这样的缺点，就是吸收系数不能忽略而且使用起来相对困难些。这也就是为什么要提出这样的建议，特别是在法国专利申请，号FR-A-2582800，中提出这样的建议即去掉方向耦合器，而直接将光源与光电检测器连接起来，并使二者共线，或者将光源与光电检测器都做成单个半导体二极管，一个作为发射器（光源），一个作为光能量检测器，或者将二者准直，用一个前、后端面都可耦合光的半导体二极管作光源，将其放在光电检测器与Y-型耦合器之间，所说的二极管交替地起发射器和光能量放大器的作用。

在上述的各种情况下，切换半导体二极管周期性地发射光脉冲，光脉冲在小于τ¹的时间内尽可能地持续较长时间。这里的τ¹是两束光沿着它们整个光程传播一个来回所用的时间。由于在光源与干涉环路之间的这段来回光程同干涉环路自身的长度相比较小，所以切换周期2τ′与为使探测灵敏度最佳而采用的相位调制的调制周期2τ非常接近。这样，从检测器端输出的信号中，来自源切换和来自相位调制的各个分量就会相互重迭，致使难于探测有用信号。

在上面提到的法国专利说明书FR-A-2582800中提到，在光源与Y-型耦合器之间加一段光纤，使两束光传播一个来回所用的时间人为地加倍，这样就可以解决上述困难，所说的附加光纤的长度为干涉环的四分之一。

本发明的目标就是不用附加较长的光纤就能解决上述困难，这样可以避免增加干涉仪系统的体积并避免降低光能效率。

本发明给出一种窿格奈克型干涉仪系统，它包括：

一根构成干涉环的光纤;

一个光源和一个光电检测器，二者共线：

光学耦合装置，用来将光源发出的光波分成两个光束，每一光束加到光纤的每一端，还用来将从光纤两端输出的光合为一束，这束光与从光源发出的按相反方向传播且传向检测器的光波是共线;

相位调制装置，可对两束沿着光纤进行周期性的、对称的相位的相位调制;

幅度调制装置，可调制光源发出的光功率;

电子设备，用来处理光电检测器送来的信号;

该系统的特征在于：其处理光电检测器来的信号的电子设备包括一个解调器，它工作在光束相位调制频率和光源幅度调制频率间拍频的较低频率上。

本发明的其它特征和优点可从下面的说明和具体的例子中看出。说明将参照本发明的唯一的附图来进行。附图为按照本发明的隆格奈克型干涉仪系统的光学部分和电子部分的框图。

图中的干涉仪包括一个电子板300和一个光学板100，100与构成干涉环的单模光纤200的两端相连。

光学板100包含一个激光二极管101，其前、后端面都可发射光。激光二极管通过后端面与光电检测器103耦合，通过其前端面与集成光路102耦合，它具有极化器作用、滤模器作用、Y-型耦合器作用、相位调制器作用。