使用单偏振输出保偏环路器的退偏光纤陀螺仪

摘要

本发明公开了一种使用单偏振输出保偏环路器的退偏光纤陀螺仪。由宽谱光源发出的光进入光源保偏环路器的2-1端，并从2-2端输出，经传感环单模分束器分成上、下二光束，上光束按顺时针方向经Lyot退偏器、单模光纤传感环、相位调制器，返回单模分束器；下光束按反时针方向经相位调制器、单模光纤传感环、Lyot退偏器，返回单模分束器；上、下二光束由单模分束器合成形成干涉，经保偏环路器的2-2端输入，并从2-3端输出，由光电探测器将光信号变为电信号输入信号处理单元，信号处理单元产生加在相位调制器上的信号，并同时输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信号。本发明减少了元件使用并减少了由光源保偏分束器引起的光能量损失。

说明书

技术领域

本发明涉及陀螺仪，尤其涉及一种使用单偏振输出保偏环路器的退偏光纤陀螺仪。

背景技术

传统的退偏光纤陀螺如图1所示。由宽谱光源1发出的光经光源保偏分束器9一分为二，其中一束输入保偏起偏器10，起偏器10的尾纤主轴与保偏光纤11呈45度角，输出的退偏振光束经过单模分束器3一分为二，上光束按顺时针方向经Lyot退偏器4、单模光纤传感环5、相位调制器6，返回单模分束器3；下光束按反时针方向经相位调制器6、单模光纤传感环5、Lyot退偏器4后返回单模分束器3；这二束顺时针光和反时针光由单模分束器3合成形成干涉，经保偏光纤11、保偏起偏器10、光源保偏分束器9一分为二，其中一束由光电探测器7变为电信号，经过信号处理单元8，信号处理单元8产生加在相位调制器6上的信号，并同时输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信号。这种陀螺的缺点是光束往返光源保偏分束器9时，光能量损失6dB，即损失了3/4的光能量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种使用单偏振输出保偏环路器的退偏光纤陀螺仪。

一种使用单偏振输出保偏环路器的退偏光纤陀螺仪包括宽谱光源、光源保偏环路器、传感环单模分束器、Lyot退偏器、单模光纤传感环、相位调制器、光电探测器、信号处理单元；由宽谱光源发出的光进入光源保偏环路器的2-1端，从光源保偏环路器的2-2端输出，2-2端口的保偏尾纤主轴与环行器2-2端输出的线性偏振面呈45度角。2-2端输出的偏振模再经过传感环单模分束器分成上、下二光束，上光束按顺时针方向经Lyot退偏器、单模光纤传感环、相位调制器，返回单模分束器；下光束按反时针方向经相位调制器、单模光纤传感环、Lyot退偏器，返回单模分束器；上、下二光束由单模分束器合成形成干涉，干涉后的光束经保偏环路器的2-2端输入、并从保偏环路器的2-3端输出，由光电探测器将光信号变为电信号，经过信号处理单元，信号处理单元产生加在相位调制器上的信号，并同时输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信号。

所述的宽谱光源采用高偏振度半导体超辐射二极管。所述的光源保偏环路器采用单偏振输出保偏环路器。

本发明是在退偏光纤陀螺仪中采用了单偏振输出保偏环路器，取代了传统退偏陀螺的光源保偏分束器、保偏起偏器二个元件和退偏光纤的作用。使用环路器，可以减少由光源保偏分束器引起的6dB光能量损失，可提高陀螺的信噪比，或者保持原信噪比不变条件下减少能量消耗；单偏振输出保偏环路器的特征是只能传送一个偏振模，阻止另一个偏振模，同时起到了保偏起偏器作用，其第二端口的保偏尾纤还起到退偏作用。本发明的目的是减少光能量损失、同时减少元件使用。

附图说明

图1是传统的退偏光纤陀螺结构示意图；

图2是使用单偏振输出保偏环路器的退偏光纤陀螺仪结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，一种使用单偏振输出保偏环路器的退偏光纤陀螺仪包括宽谱光源1、光源保偏环路器2、传感环单模分束器3、Lyot退偏器4、单模光纤传感环5、相位调制器6、光电探测器7、信号处理单元8；由宽谱光源1发出的光进入光源保偏环路器2的2-1端，从光源保偏环路器2的2-2端输出，2-2端口的主轴与环行器2-2端输出的线性偏振面呈45度角。2-2端输出的偏振膜再经过传感环单模分束器3分成上、下二光束，上光束按顺时针方向经Lyot退偏器4、单模光纤传感环5、相位调制器6，返回保偏分束器3；下光束按反时针方向经相位调制器6、单模光纤传感环5、Lyot退偏器4，返回单模分束器3；上、下二光束由单模分束器3合成形成干涉，干涉后的光束经保偏环路器2的2-2端输入、并从保偏环路器2的2-3端输出，由光电探测器7将光信号变为电信号，经过信号处理单元8，信号处理单元8产生加在相位调制器6上的信号，并同时输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动信号。

所述的宽谱光源1采用高偏振度半导体超辐射二极管。所述的光源保偏环路器2采用单偏振输出保偏环路器。

实施例：宽谱光源1采用使用1310纳米高偏振度半导体超辐射二极管，单偏振输出保偏环路器的特征是只能传送一个偏振模，阻止另一个偏振模，消光比为30dB，传感环单模分束器采用1:1分束比，单模光纤传感环采用750米光纤，外径98毫米，相位调制器用数米光纤绕在本征频率为29.5kHz的压电陶瓷环上，光电探测器使用PIN-FET组件，信号处理单元使用锁相放大器。入射到光电探测器的光功率为6微瓦，实验陀螺的长期零漂为0.34°/小时。

而作为比较，使用同一光源、同一Lyot退偏器、光纤传感环、相位调制器、传感环单模分束器、光电探测器，以及30dB消光比的保偏起偏器和光源保偏分束器的传统陀螺，光电探测器的接收光功率是2微瓦，传统陀螺的长期零漂为0.62°/小时。