[发明专利]一种采用双向全互易耦合光电振荡器的角速度检测方法

摘要

本发明公开了一种采用双向全互易耦合光电振荡器的角速度检测方法，它在光载微波陀螺上实现。光载微波陀螺是一个共享同一光纤环路的双向谐振光载微波角速度测量装置。该方法的核心在于利用双向光载微波谐振腔感受萨格纳克效应，其中光载微波谐振腔采用耦合光电振荡器实现了双向全互易光纤光路，有效地消除了谐振腔的非互易性误差。该角速度检测方法具有精度高、易实现、成本低的特点。

主权项

1.一种采用双向全互易耦合光电振荡器的角速度检测方法，其特征在于，该方法能够实现双向谐振光载微波陀螺的角速度连续测量，所述光载微波陀螺包括980nm泵浦激光器（1）、第一980/1550波分复用器（2）、保偏掺铒光纤（3）、第二980/1550波分复用器（4）、控制光引出线（5）、光滤波器（6）、45°旋光镜（7）、偏振分束/合束器（8）、第一电光调制器（9）、第二电光调制器（10）、第一光纤耦合器（11）、第二光纤耦合器（12）、差频检测和信号处理电路（13）、光纤环形腔（14）、90°连接器（15）、第一光电探测器（16）、第二光电探测器（17）、第一微波再生锁模控制电路（18）、第二微波再生锁模控制电路控制电路（19）、第一压控振荡器（20）、第二压控振荡器（21）等部分；以偏振分束/合束器（8）为分界，整个光载微波陀螺结构分成了环路部分和线型腔部分，且以90°连接器（15）为分界，将环路部分的两段光纤分别记作L1与L2；光载微波陀螺的线型腔部分的光路具体为：驱动电流控制的激光器（1）输出的光经过第一980/1550波分复用器（2）后送入保偏掺铒光纤（3）放大，然后经过第二980/1550波分复用器（4）将光分成两部分，一部分为控制光，由控制光引出线（5）引出，另一部分为工作光，继续经过光滤波器（6）的滤波选频以及45°旋光镜（7）反射，将偏振态旋转90°，进入偏振分束/合束器（8）的光为两束偏振态正交的工作光（分别记作水平偏振态与垂直偏振态），并在环路部分形成顺时针与逆时针两个方向的谐振环路；光载微波陀螺顺时针谐振环路具体为：进入偏振分束/合束器（8）的垂直偏振态的光沿顺时针方向（CW）经过第二电光调制器（10）（不调制），再通过第二光耦合器（12）进入光纤环形腔（14），然后经过90°连接器（15）将偏振方向改变90°，由垂直偏振光变为水平偏振光后经过第一光耦合器（11）分成两束，其中一束经过第一电光调制器（9）调制后重新进入偏振分束/合束器（8）形成顺时针方向的谐振环路；另一束送入第一光电探测器（16），将光信号转换成微波信号，之后经过第一微波再生锁模控制电路（18）及第一压控振荡器（20）反馈控制第一电光调制器（9）进行顺时针谐振环路的频率锁定；光载微波陀螺逆时针谐振环路具体为：进入偏振分束/合束器（8）的水平偏振态的光沿逆时针方向（CCW）经过第一电光调制器（9）（不调制）、第一光耦合器（11），然后经过90°连接器（15），将偏振方向改变90°，由水平偏振光变为垂直偏振光后进入光纤环形腔（14），然后经过第二光耦合器（12）分成两束，其中一束经过第二电光调制器（10）调制后重新进入偏振分束/合束器（8）形成逆时针方向的振荡回路；另一束送入第二光电探测器（17），将光信号转换成微波信号，之后经过第二微波再生锁模控制电路（19）及第二压控振荡器（21）反馈控制第二电光调制器（10）进行逆时针谐振环路的频率锁定；该方法包括以下步骤：步骤1：激光器（1）射出的水平偏振光经过第一980/1550波分复用器（2）送入保偏掺铒光纤（3）放大后，再经过光滤波器（6）滤波选频，然后经过45°旋光镜（7）反射变成垂直偏振光，然后再通过光滤波器（6）、第二980/1550波分复用器（4）、保偏掺铒光纤（3）、第一980/1550波分复用器（2）返回，之后进入偏振分束/合束器（8），并沿顺时针方向依次进入第二电光调制器（10）、第二光耦合器（12）、光纤环形腔（14），然后经过90°连接器（15）变成水平偏振光，然后通过第一光耦合器（11）进入第一电光调制器（9）进行电光调制后重新送回保偏掺铒光纤（3）放大，形成顺时针方向的谐振环路；激光器（1）射出的垂直偏振光经过第一980/1550波分复用器（2）送入保偏掺铒光纤（3）放大后，再经过光滤波器（6）滤波选频，然后经过45°旋光镜（7）反射变成水平偏振光，然后再通过光滤波器（6）、第二980/1550波分复用器（4）、保偏掺铒光纤（3）、第一980/1550波分复用器（2）返回，之后进入偏振分束/合束器（8），并沿逆时针方向依次进入第一电光调制器（9）、第一光耦合器（11），然后经过90°连接器（15）变成垂直偏振光，然后再依次通过光纤环形腔（14）、第二光耦合器（12），之后进入第二电光调制器（10）进行电光调制后重新送回保偏掺铒光纤（3）放大，形成逆时针方向的谐振环路；步骤2：光载微波陀螺顺时针谐振环路中的光经过第一光电探测器（16）将光信号转换成微波信号，之后送入第一微波再生锁模控制电路（18）进行锁频控制运算，然后通过第一压控振荡器（20）反馈控制第一电光调制器（9），从而将顺时针谐振环路的振荡频率锁定；光载微波陀螺逆时针谐振环路中的光经过第二光电探测器（17）将光信号转换成微波信号，之后送入第二微波再生锁模控制电路控制电路（19）进行锁频控制运算，然后通过第二压控振荡器（21）反馈控制第二电光调制器（10），从而将逆时针谐振环路的振荡频率锁定；步骤3：差频检测和信号处理电路（13）检测顺时针谐振环路与逆时针谐振环路的谐振频率差Δf；步骤4：通过以下公式，即可获得旋转角速度：；其中，S为环形光路包围的面积，λ为微波振荡中心频率对应的波长，L为环形腔周长。