专利名称：谐振腔技术测试谐振式光学陀螺中背散射噪声装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种谐振腔技术测试谐振式光学陀螺中背散射噪声装置及方法。
技术背景
谐振式光学陀螺(Resonator Optic Gyro，R0G)是一种基于&ignac效应实现角速度检测的高精度惯性传感器，它通过检测谐振腔中顺时针和逆时针方向传播光束的谐振频率差得到物体的旋转角速度。相比于干涉式光学陀螺，谐振式光学陀螺在小型化和集成化上具有较大优势。
在谐振式光学陀螺的环形谐振腔中，需要同时引入顺时针(Clockwise，Cff)和逆时针(Counterclockwise，CCff)方向的两束光，CW方向光束在谐振腔中传输时产生的背向散射光对CCW光束来说是一种干扰，反之亦然。由于谐振式光学陀螺要求光源具有高相干性，背向散射噪声已成为影响陀螺精度提高的最主要光学噪声之一。对背散射噪声的研究， 一般地，需要通测试谐振腔内各点背散射系数的大小，通过分布积分的方式进行求解得到背散射噪声影响大小。
现有的背散射噪声测试方法，是通过信号发生器(Signal Generator)产生锯齿波对激光器输出光频率进行扫描，激光器输出光进入谐振腔后，一部分光沿CW方向通过谐振腔，利用光电探测器(Wiotodetector，PD)对其进行检测，可以得到谐振输出曲线，另一部分光沿CCW方向返回，形成背向散射光，利用光电探测器对其进行检测，可以得到背散射输出曲线，对最大背散射峰和谐振深度进行比较，就能够得到背散射系数，将有相应背散射特性的谐振腔应用于谐振式光学陀螺系统，通过理论推导，计算出背散射噪声影响大小。发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供谐振腔技术测试谐振式光学陀螺中背散射噪声装置及方法。
谐振腔技术测试谐振式光学陀螺中背散射噪声装置包括扫描信号发生器、激光器、第一耦合器、第一相位调制器、第二相位调制器、第一环形器、第二环形器、第二耦合器、 环形谐振腔、第一光电探测器、第二光电探测器、第一调制信号发生器和第二调制信号发生器；扫描信号发生器、激光器、第一耦合器一端顺次连接，第一耦合器另一端分为逆时针和顺时针两路逆时针一路第一相位调制器、第一环形器、第二耦合器、环形谐振腔顺次连接， 顺时针一路第二相位调制器、第二环形器、第二耦合器、环形谐振腔顺次连接，第一调制信号发生器与第一相位调制器连接，第一环形器与第二光电探测器连接，第二调制信号发生器与第二相位调制器连接，第二环形器与第一光电探测器连接。
谐振腔技术测试谐振式光学陀螺中背散射噪声的方法是陀螺系统中，扫描信号发生器对激光器进行扫描，激光器输出光通过第一耦合器后分为逆时针和顺时针两路，逆时针一路通过由第一调制信号发生器调制的第一相位调制器、第一环形器，第二耦合器后进入环形谐振腔，顺时针一路通过由第二调制信号发生器调制的第二相位调制器、第二环形器，第二耦合器后进入环形谐振腔，经环形谐振腔后，通过第一光电探测器对逆时针一路信号进行解调输出，通过第二光电探测器对顺时针一路信号进行解调输出；以顺时针一路光为例，当不存在背散射噪声时，第二光电探测器所检测到的光强信号只有顺时针一路光的光强；当存在背散射噪声时，第二光电探测器所检测到的光强除顺时针一路信号光强外， 还包括逆时针一路的背散射光强，以及顺时针一路光与逆时针一路背向散射光之间的相干光强，谐振曲线存在不对称度η 1，对输出精度产生△ Ω1的影响；在采用不同调制频率和载波抑制的方法后，背散射噪声得到抑制，使得逆时针一路背散射光强以及顺时针一路光与逆时针一路背向散射光之间的相干光强都被抑制掉，第二光电探测器所检测到的光强只有信号光强，谐振曲线存在不对称度Π2，对输出精度产生△ Ω2的影响，比较背散射噪声抑制前后谐振曲线不对称度η 和η2，及Δ Ω1和Δ Ω 2，能够得到背散射噪声对陀螺输出的影响；此方法适用于以光纤环形谐振腔为核心敏感元件的谐振式光纤陀螺和以光波导谐振腔为敏感元件的谐振式集成光学陀螺。
本发明提供了一种新型测试谐振式光学陀螺中背散射噪声的方法，通过测试谐振腔的谐振曲线，对比载波抑制前后谐振曲线不对称度，直接获得谐振式光学陀螺中背散射噪声影响大小，具有重要的科学意义与应用价值。
图1是本发明提供的背散射噪声测试装置结构示意图2 (a)是载波为40MHz，调制系数M为1时，经相位调制后的频谱；
图2 (b)是载波为40MHz，调制系数M为2. 405时，经相位调制后的频谱；
图3是背散射噪声抑制前后，谐振曲线不对称度比较示意图中扫描信号发生器1、激光器2、第一耦合器3、第一相位调制器4、第二相位调制器5、第一环形器6、第二环形器7、第二耦合器8、环形谐振腔9、第一光电探测器10、第二光电探测器11、第一调制信号发生器12、第二调制信号发生器13。
具体实施方式
如图1所示，谐振腔技术测试谐振式光学陀螺中背散射噪声装置包括扫描信号发生器1、激光器2、第一耦合器3、第一相位调制器4、第二相位调制器5、第一环形器6、第二环形器7、第二耦合器8、环形谐振腔9、第一光电探测器10、第二光电探测器11、第一调制信号发生器12和第二调制信号发生器13 ；扫描信号发生器1、激光器2、第一耦合器3 —端顺次连接，第一耦合器3另一端分为逆时针和顺时针两路逆时针一路第一相位调制器4、第一环形器6、第二耦合器8、环形谐振腔9顺次连接，顺时针一路第二相位调制器5、第二环形器7、第二耦合器8、环形谐振腔9顺次连接，第一调制信号发生器13与第一相位调制器 4连接，第一环形器6与第二光电探测器11连接，第二调制信号发生器12与第二相位调制器5连接，第二环形器7与第一光电探测器10连接。
谐振腔技术测试谐振式光学陀螺中背散射噪声的方法是陀螺系统中，扫描信号发生器1对激光器2进行扫描，激光器2输出光通过第一耦合器3后分为逆时针和顺时针两路，逆时针一路通过由第一调制信号发生器13调制的第一相位调制器4、第一环形器6，第二耦合器8后进入环形谐振腔9，顺时针一路通过由第二调制信号发生器12调制的第二相位调制器5、第二环形器7，第二耦合器8后进入环形谐振腔9，经环形谐振腔9后，通过第一光电探测器10对逆时针一路信号进行解调输出，通过第二光电探测器11对顺时针一路信号进行解调输出；以顺时针一路光为例，当不存在背散射噪声时，第二光电探测器11所检测到的光强信号只有顺时针一路光的光强；当存在背散射噪声时，第二光电探测器11所检测到的光强除顺时针一路信号光强外，还包括逆时针一路的背散射光强，以及顺时针一路光与逆时针一路背向散射光之间的相干光强，谐振曲线存在不对称度Π 1，对输出精度产生 Δ Ω1的影响；在采用不同调制频率和载波抑制的方法后，背散射噪声得到抑制，使得逆时针一路背散射光强以及顺时针一路光与逆时针一路背向散射光之间的相干光强都被抑制掉，第二光电探测器U所检测到的光强只有信号光强，谐振曲线存在不对称度η2，对输出精度产生Δ Ω2的影响，比较背散射噪声抑制前后谐振曲线不对称度IU和112，及Δ Ω1 和Δ Ω2，能够得到背散射噪声对陀螺输出的影响；此方法适用于以光纤环形谐振腔为核心敏感元件的谐振式光纤陀螺和以光波导谐振腔为敏感元件的谐振式集成光学陀螺。
基于谐振腔技术测试谐振式光学陀螺中背散射噪声的方法中
激光器输出光E%_。ut(t) = EQeXp (j cot)，通过第一耦合器3后，分为顺时针(CW)和逆时针(CCW)两路，以CW路光为例，经由第二相位调制器5、第二环形器7、第二耦合器8后进入环形谐振腔9，再经由第一环形器6，通过第二光电探测器11对信号进行解调输出，当不存在背散射噪声时，第二光电探测器11所检测到的光只有CW路的信号光，可以表示为
权利要求
1.一种谐振腔技术测试谐振式光学陀螺中背散射噪声装置，其特征在于包括扫描信号发生器(1)、激光器O)、第一耦合器(3)、第一相位调制器G)、第二相位调制器(5)、第一环形器(6)、第二环形器(7)、第二耦合器(8)、环形谐振腔(9)、第一光电探测器(10)、第二光电探测器(11)、第一调制信号发生器(1 和第二调制信号发生器(1 ；扫描信号发生器 (1)、激光器(2)、第一耦合器(3) —端顺次连接，第一耦合器(3)另一端分为逆时针和顺时针两路逆时针一路第一相位调制器(4)、第一环形器(6)、第二耦合器(8)、环形谐振腔(9) 顺次连接，顺时针一路第二相位调制器(5)、第二环形器(7)、第二耦合器(8)、环形谐振腔 (9)顺次连接，第一调制信号发生器(1 与第一相位调制器(4)连接，第一环形器(6)与第二光电探测器(11)连接，第二调制信号发生器(1 与第二相位调制器(5)连接，第二环形器(7)与第一光电探测器(10)连接。
2.一种使用如权利要求1所述装置的谐振腔技术测试谐振式光学陀螺中背散射噪声的方法，其特征在于陀螺系统中，扫描信号发生器(1)对激光器(2)进行扫描，激光器(2) 输出光通过第一耦合器C3)后分为逆时针和顺时针两路，逆时针一路通过由第一调制信号发生器(1 调制的第一相位调制器G)、第一环形器(6)，第二耦合器(8)后进入环形谐振腔(9)，顺时针一路通过由第二调制信号发生器(1 调制的第二相位调制器(5)、第二环形器(7)，第二耦合器(8)后进入环形谐振腔(9)，经环形谐振腔(9)后，通过第一光电探测器(10)对逆时针一路信号进行解调输出，通过第二光电探测器(11)对顺时针一路信号进行解调输出；以顺时针一路光为例，当不存在背散射噪声时，第二光电探测器(U)所检测到的光强信号只有顺时针一路信号光强；当存在背散射噪声时，第二光电探测器(11) 所检测到的光强除顺时针一路信号光强外，还包括逆时针一路的背散射光强，以及顺时针一路光与逆时针一路背向散射光之间的相干光强，谐振曲线存在不对称度η 1，对输出精度产生△ Ω1的影响；在采用不同调制频率和载波抑制的方法后，背散射噪声得到抑制，使得逆时针一路背散射光强以及顺时针一路光与逆时针一路背向散射光之间的相干光强都被抑制掉，第二光电探测器(11)所检测到的光强只有信号光强，谐振曲线存在不对称度η2, 对输出精度产生Δ Ω2的影响，比较背散射噪声抑制前后谐振曲线不对称度Il 1和/72，及 Δ Ω1和Δ Ω2，能够得到背散射噪声对陀螺输出的影响；此方法适用于以光纤环形谐振腔为核心敏感元件的谐振式光纤陀螺和以光波导谐振腔为敏感元件的谐振式集成光学陀螺。
全文摘要
本发明公开了一种谐振腔技术测试谐振式光学陀螺中背散射噪声装置及方法。它在谐振式光学陀螺系统结构的基础上，测得谐振曲线，对背散射噪声抑制前后谐振曲线的不对称度进行标定和比较，得到背散射噪声对陀螺系统的影响。测试谐振式光学陀螺中背散射噪声的装置扫描信号发生器、激光器、第一耦合器、第一相位调制器、第二相位调制器、第一环形器、第二环形器、第二耦合器、环形谐振腔、第一光电探测器、第二光电探测器、第一调制信号发生器、第二调制信号发生器。本发明提供了一种新型测试谐振式光学陀螺中背散射噪声的方法，可以在谐振式光学陀螺系统中直接进行测试，具有重要的科学意义与应用价值。
文档编号G01C25/00GK102506896SQ20111031879
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者孙众, 金仲和, 陈妍, 马慧莲 申请人:浙江大学