光纤陀螺用稳定性ASE光源

摘要

本发明提供了光纤陀螺用稳定性ASE光源，能够兼顾输出谱宽和功率稳定性指标，结构简单，光谱对称性好，更适用于高精度光纤陀螺。采用了ASE光源最基本的双程前向结构，通过优化掺铒光纤长度来代替光纤滤波器，达到对光谱整形的目的，在进行光功率监测上，选用同时具有分光和光电转换功能的分光光电探测器，节省了成本、减小了体积；光谱对称性较好，受环境温度变化和泵浦功率波动的影响较小，相比与中心波长在1530nm附近的高斯型ASE光源，兼顾了谱宽更宽的优势。本发明还包括功率监测电路，用于监测在不同温度下光源功率的变化，并反馈给恒流源驱动电路，使其对功率偏差进行控制，消除光源在环境变化下功率输出的不稳定性。

说明书

技术领域

本发明属于光纤陀螺技术领域，具体涉及光纤陀螺用稳定性ASE光源。

背景技术

光纤陀螺是惯性导航领域的核心器件，光源作为光纤陀螺的发射源，其性能优劣直接影响光纤陀螺的测量精度，ASE光源是一种基于掺铒光纤放大自发辐射效应的光源，目前，高精度光纤陀螺普遍采用1550nm波段的ASE光源，由于其典型输出光谱不规则，在中心波长1530nm和1560nm附近出现尖峰，因此，在实际应用中需要对光谱进行整形。平坦谱ASE光源在高精度光纤陀螺中的应用较普遍，其宽光谱、高平坦和高功率的优点是高精度光纤陀螺研制初期的理想光源，但是随着光纤陀螺应用领域不断拓展，高稳定性、小型化光纤陀螺已成为未来发展趋势。平坦谱光源的光路结构复杂、体积大、全温环境下输出功率不稳定性问题凸显，其应用领域有一定局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了光纤陀螺用稳定性ASE光源，能够兼顾输出谱宽和功率稳定性指标，结构简单，光谱对称性好，更适用于高精度光纤陀螺。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

本发明的一种光纤陀螺用稳定性ASE光源，包括泵浦激光器以及温度控制电路，温度控制电路将泵浦激光器内部温度控制在恒温状态，还包括波分复用器、掺铒光纤、法拉第旋转镜、光纤隔离器、分光光电探测器以及恒流源驱动电路；

其中，泵浦激光器输出波长为980nm，波分复用器复用波长为980nm和1550nm；

恒流源驱动电路为泵浦激光器提供电流，泵浦激光器的光信号输出端与波分复用器的980nm端熔接，波分复用器的1550nm端与法拉第旋转镜熔接，波分复用器的输出端与掺铒光纤熔接，掺铒光纤的另一端与光纤隔离器的输入端熔接，光纤隔离器的输出端与分光光纤探测器的输入端熔接，分光光电探测器将1％的光功率转换成光电流，作为反馈信号提供给恒流源驱动电路，将99％的光功率作为ASE光源最终输出光，输出到光纤陀螺；

所述恒流源驱动电路基于反馈信号控制其输出电流的变化，实现对输出光功率的监测和闭环控制；

所述掺铒光纤长度为设定值，使得ASE光源输出光谱由1530nm和1560nm波段出现的双峰谱型转化成中心波长在1559nm波段的高斯型单峰谱型。

其中，所述恒流驱动电路选用微控制器C8051芯片，基于反馈信号控制其输出电流的变化。

其中，所述泵浦激光器功率工作范围在100～340mw。

其中，所述波分复用器插入损耗小于0.15dB，方向性大于50dB。

其中，掺铒光纤选用M12型掺铒光纤，在波长1531nm波段吸收率16～20dB/m。

其中，光纤隔离器的隔离度大于46dB，法拉第旋转镜的旋转角度在90±2°，全温下损耗小于0.7dB。

其中，分光光电探测器同时具有分光和光电转换功能，分光比在99比1，响应度为8mA/W，全温下插入损耗小于0.7dB。

其中，还设有压板、ASE光源驱动板安装孔、出纤槽、底座安装孔、底座、外壳安装孔以及测试工装安装孔；

ASE光源驱动板安装孔用于固定ASE光源驱动板，ASE光源驱动板包括恒流源驱动电路和温控电路；分光光电探测器的99％输出端与ASE光源驱动板电源线通过出纤槽一同甩出，分光光电探测器的99％输出端接入光纤陀螺光路中，ASE光源驱动板电源线接入光纤陀螺主板中；

波分复用器和分光光电探测器安装在泵浦激光器的一侧，通过器件压板固定，光纤隔离器和法拉第旋转镜安装在另一侧；分光光电探测器的管脚焊接在ASE光源驱动板上，同样用压板固定；掺铒光纤同其他器件尾纤一起盘绕在ASE光源驱动板底部周围，用紫外胶固定；

底座安装孔用于安装光纤陀螺底座，外壳安装孔用于安装整个光纤陀螺外壳，测试工装安装孔用于在完成光纤陀螺样机装配进行试验时，安装试验工装。

有益效果：

本发明采用了ASE光源最基本的双程前向结构，通过优化掺铒光纤长度来代替光纤滤波器，达到对光谱整形的目的，在进行光功率监测上，选用同时具有分光和光电转换功能的分光光电探测器，节省了成本、减小了体积；本发明光源的输出光谱是中心波长在1559nm波段的高斯谱，其光谱对称性较好，受环境温度变化和泵浦功率波动的影响较小，相比与中心波长在1530nm附近的高斯型ASE光源，兼顾了谱宽更宽的优势。本发明还包括功率监测电路，用于监测在不同温度下光源功率的变化，并反馈给恒流源驱动电路，使其对功率偏差进行控制，消除光源在环境变化下功率输出的不稳定性。

在实际使用时，本发明的ASE光源与光纤陀螺严格分离，便于故障排查和光源器件更换。

附图说明

图1为本发明ASE光源整体示意图。

图2为本发明实施例某陀螺用ASE光源内部结构图。

其中1—掺铒光纤、2—光纤隔离器、3—法拉第旋转镜、4—泵浦激光器、5—波分复用器、6—分光光电探测器、7—压板、8—ASE光源驱动板安装孔、9—出纤槽、10—ASE光源驱动板、11—底座安装孔、12—底座、13—外壳安装孔、14—测试工装安装孔。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明ASE光源包括光路部分和电路部分。本发明ASE光源整体示意图如图1所示。虚线框内是光路部分，包括泵浦激光器、波分复用器、掺铒光纤、法拉第旋转镜、光纤隔离器和分光光电探测器。

其中，泵浦激光器选用JDSU公司的S26系列，其输出波长为980nm，功率工作范围在100～340mw；波分复用器选用光扬光电公司的980nm和1550nm，插入损耗小于0.15dB，方向性大于50dB；掺铒光纤选用Fibercore公司的M12型掺铒光纤，在波长1531nm波段吸收率16～20dB/m；光纤隔离器和法拉第旋转镜均选用光扬光电公司，隔离器的隔离度大于46dB，法拉第旋转镜的旋转角度在90±2°，全温下损耗小于0.7dB；分光光电探测器选用德州越海公司的订制产品，同时具有分光和光电转换功能，分光比在99比1，响应度为8mA/W，全温下插入损耗小于0.7dB。

恒流源驱动电路为泵浦激光器提供电流，泵浦激光器的光信号输出端与波分复用器的980nm端熔接，波分复用器的1550nm端与法拉第旋转镜熔接，波分复用器的输出端与掺铒光纤熔接，掺铒光纤的另一端与光纤隔离器的输入端熔接，光纤隔离器的输出端与分光光纤探测器的输入端熔接。

光纤隔离器被熔接到光源输出端，可抑制陀螺反射信号对光源稳定性干扰，分光光电探测器熔接在光纤隔离器后，将1％的光功率转换成光电流，作为反馈信号提供给恒流源驱动电路，实现功率监测，99％的光功率作为光源最终输出光，输出到光纤陀螺。

所述恒流源驱动电路基于反馈信号控制其输出电流的变化，实现对输出光功率的监测和闭环控制；

所述掺铒光纤长度为设定值，使得ASE光源输出光谱由1530nm和1560nm波段出现的双峰谱型转化成中心波长在1559nm波段的高斯型单峰谱型。

泵浦激光器发出980nm的泵浦光，经过波分复用器进入掺铒光纤，掺铒光纤在泵浦光的激励下分别产生前向与后向的1550nm超荧光，后向超荧光由法拉第旋转镜反射后和980nm泵浦光一起经波分复用器复用进入掺铒光纤，经过掺铒光纤吸收放大后，光源输出光谱由1530nm和1560nm波段出现的双峰谱型转化成中心波长在1559nm波段的高斯型单峰谱型。

虚线框外是电路部分，包括恒流源驱动电路，该恒流源驱动电路在陀螺工作中为泵浦激光器提供稳定的电流，由于泵浦激光器对温度的变化敏感，环境温度的变化会使驱动电流发生波动，因此，将输出光功率的1％通过分光光电探测器转换成光电流，作为反馈信号提供给恒流源驱动电路，恒流源驱动电路基于反馈信号实现对输出光功率的监测和闭环控制，以保证光源在不同温度下输出功率稳定性，其中功率监测的目的是稳定ASE光源的输出功率。本实施例恒流驱动电路选用微控制器C8051芯片控制其输出电流的变化，进而保证ASE光源功率输出稳定性。

电路部分还包括温度控制电路，将泵浦激光器内部温度控制在恒温状态。具体地，采用ADN8835芯片组成温度控制电路对泵浦激光器进行温度控制，热敏电阻与外部电阻构成测温电路，当激光器内部温度与预定温度不一致时，ADN8835芯片对热敏电阻的输出的信号进行采样，根据温度值的高低，确定制冷片的工作状态加热或者制冷，将泵浦激光器内部温度控制在恒温状态。

以某高精度陀螺用ASE光源为例，其内部结构如图2所示。ASE光源驱动板安装孔8来固定ASE光源驱动板10，泵浦激光器4焊接在ASE光源驱动板10上，泵浦激光器4的光信号输出端与波分复用器5的980nm端熔接，该波分复用器5的1550nm端与法拉第旋转镜3熔接，该波分复用器5的输出端与掺铒光纤1熔接，该掺铒光纤1的另一端与光纤隔离器2的输入端熔接，该光纤隔离器2的输出端与分光光纤探测器6的输入端熔接。

分光光电探测器的99％输出端与ASE光源驱动板10电源线通过出纤槽9一同甩出，分光光电探测器的99％输出端接入光纤陀螺光路中，ASE光源驱动板10电源线接入光纤陀螺主板中。

波分复用器5和分光光电探测器6安装在泵浦激光器4的一侧，通过器件压板7固定，光纤隔离器2和法拉第旋转镜3安装在另一侧，分光光电探测器6的管脚焊接在ASE光源驱动板10上，同样用压板7固定，掺铒光纤1同其他器件尾纤一起盘绕在ASE光源驱动板10底部周围，用紫外胶固定。此结构设计布局合理，可实现ASE光源与光纤陀螺其他器件分离，避免ASE光源驱动板和泵浦激光器对敏感光纤环的热影响，同时在光源出现故障时便于拆卸、更换，操作性更强。底座安装孔11用来安装光纤陀螺底座12，外壳安装孔13用来安装整个光纤陀螺外壳，测试工装安装孔14是在完成光纤陀螺样机装配进行试验时，用来安装试验工装。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。