一种基于特殊镜像环结构的干涉式光纤陀螺的制作方法

本申请涉及陀螺仪，具体涉及一种基于特殊镜像环结构的干涉式光纤陀螺。

背景技术：

1、光纤陀螺是一种敏感角速率的光纤传感器，按照工作原理可以分为干涉式和谐振式，其中干涉式光纤陀螺作为光纤陀螺技术中较成熟的代表，在导航制导、姿态控制等应用场景中都有着极其广泛的应用，下文中所述光纤陀螺均指干涉式光纤陀螺。

2、干涉式光纤陀螺仪是一种基于萨格纳克效应(sagnac效应)的光纤环形干涉仪，它描述了当光纤环绕敏感轴旋转时，在环中相向传播的两束相干光之间产生的相位差正比于旋转角速度。光纤陀螺性能参数主要包括零偏不稳定性(bi)和角度随机游走(arw)。零偏不稳定性定义为输出角速率与实际旋转角速率的偏差，通常由环境变化和偏振非互易误差引起。角度随机游走描述的是陀螺输出中的短时白噪声大小，主要来源有热噪声、光子散粒噪声、光源相对强度噪声。温度和磁场对光纤陀螺性能参数有较大的影响。

3、在光纤陀螺工作过程中，由于外界温度随时间变化，光纤环上相应点的折射率也会随温度变化而变化，导致相向传播的两束光波经过该点的时间不同(除光纤环中点外)，因此两束光波经过光纤环后由于温度引起的相位变化也会不同，这就相当于在sagnac相移的基础上引入了额外的相位差。这个效应被称为shupe效应。为了保证光纤陀螺的温度稳定性，就必须使得光纤环中相对中点的各对称点的温度变化率相同，四级对称绕法是目前最常用的光纤环绕制方法，理想情况下可以较好地降低温度变化对光纤非互易性的影响，但是四极对称绕制并不能完全消除光纤环中温度梯度的影响，而且光纤长度越长，这种残余效应带来的影响越明显。

4、光纤陀螺工作在磁场环境中时，由于光纤中的磁光效应，在磁场环境中光纤陀螺会产生磁场相位误差。磁场相位误差是光纤陀螺的主要误差源之一。光纤陀螺的磁场相位误差主要由与光纤环敏感轴垂直的径向磁场相位误差是由法拉第效应产生的，光纤中的法拉第效应是当一束线偏光通过光纤时，若在光传播方向上存在磁场分量，那么在光通过材料后，光的偏振平面将转过一个角度，这一效应引入了额外的相位差。磁场相位误差将会是影响光纤陀螺精度的一个不可避免的因素。

5、随着近年来复杂环境下光纤陀螺精度提高的应用需求越来越大，如何同时克服温度、磁场对光纤陀螺性能的限制，成为光纤陀螺研究过程中的巨大挑战。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种基于特殊镜像环结构的干涉式光纤陀螺，以至少解决现有干涉式光纤陀螺的上述缺陷之一。

2、本申请实施例提供一种基于特殊镜像环结构的干涉式光纤陀螺，包括：

3、光源、起偏器、耦合器、两个环形器、两个y波导、信号发生器、2进2出镜像光纤环、两个光电探测器和信号联合解调模块；

4、其中，绕制2进2出镜像光纤环的两根等长的保偏光纤均在其中点处将快轴90度熔接，且每一根保偏光纤与y波导尾纤熔接时一端快轴0度熔接，另一端快轴90度熔接；

5、所述光源输出任意偏振状态的光至所述起偏器；

6、所述起偏器将所述光源输出的任意偏振状态的光转换成线偏振光；

7、所述耦合器将所述起偏器输出的线偏振光平均分成两路光束，并将两路光束分别耦合到第一环形器和第二环形器；

8、所述第一环形器将所述耦合器输出的第一路光束输出到第一y波导；所述第二环形器将所述耦合器输出的第二路光束输出到第二y波导；

9、所述信号发生器向两个y波导提供调制信号；

10、所述第一y波导将第一环形器输出的光束进行起偏、耦合、调制后输出到所述2进2出镜像光纤环相应端口，所述第二y波导将第二环形器输出的光束进行起偏、耦合、调制后输出到所述2进2出镜像光纤环相应端口；

11、两个y波导输出的光束在所述2进2出镜像光纤环内分别独立发生干涉，得到第一干涉信号和第二干涉信号；

12、所述第一y波导将所述第一干涉信号输出到所述第一环形器；所述第二y波导将所述第二干涉信号输出到所述第二环形器；

13、两个所述环形器将两个所述y波导回传的干涉信号分别输出到两个所述光电探测器；

14、两个所述光电探测器分别将两个所述环形器输出的干涉信号转换为电信号，并输出至所述信号联合解调模块；

15、所述信号联合解调模块对两个光电探测器输出的两路电信号进行联合解调。

16、一种可能的实现方式中，所述信号发生器给两个y波导提供的调制信号幅值相等，相位相反。

17、一种可能的实现方式中，所述信号发生器给两个y波导提供的调制信号幅值相等，相位相同。

18、一种可能的实现方式中，所述环形器采用单模环形器。

19、一种可能的实现方式中，所述环形器采用保偏环形器。

20、一种可能的实现方式中，两个所述y波导性能相近且具有高消光比。

21、一种可能的实现方式中，所述2进2出镜像光纤环是采用四级对称绕制方法将两根等长的保偏光纤，按照相反的方向和排列顺序交叉绕制在同一个骨架上或者骨架的左右两个分区上制成的，以使两个等效光纤环呈镜像关系。

22、一种可能的实现方式中，所述信号联合解调模块采用开环光纤陀螺多谐波解调方法。

23、一种可能的实现方式中，所述光源采用激光光源或ase光源。

24、本申请与现有技术相比的优点在于：

25、本申请提供的基于特殊镜像环结构的干涉式光纤陀螺，使用一个2进2出镜像光纤环取代现有双偏振光纤陀螺中的光纤环，2进2出镜像光纤环可以等效于两个独立但空间镜像的光纤环，且两个光纤环中点处快轴按照90度熔接。并取消两个偏振分束合束器，光不再分别经偏振分束合束器送入同一个光纤环的两个偏振信道，而是经两个y波导分别按照0度和90度与两个空间镜像的光纤环熔接，从而抑制法拉第效应引起的径向磁场相位误差，对两个光电探测器的电信号进行联合解调，可以实现对shupe效应引起的温度相位误差补偿。

技术特征：

1.一种基于特殊镜像环结构的干涉式光纤陀螺，其特征在于，包括：光源、起偏器、耦合器、两个环形器、两个y波导、信号发生器、2进2出镜像光纤环、两个光电探测器和信号联合解调模块；

2.根据权利要求1所述的基于特殊镜像环结构的干涉式光纤陀螺，其特征在于，所述信号发生器给两个y波导提供的调制信号幅值相等，相位相反。

3.根据权利要求1所述的基于特殊镜像环结构的干涉式光纤陀螺，其特征在于，所述信号发生器给两个y波导提供的调制信号幅值相等，相位相同。

4.根据权利要求1所述的基于特殊镜像环结构的干涉式光纤陀螺，其特征在于，所述环形器采用单模环形器。

5.根据权利要求1所述的基于特殊镜像环结构的干涉式光纤陀螺，其特征在于，所述环形器采用保偏环形器。

6.根据权利要求1所述的基于特殊镜像环结构的干涉式光纤陀螺，其特征在于，两个所述y波导性能相近且具有高消光比。

7.根据权利要求1所述的基于特殊镜像环结构的干涉式光纤陀螺，其特征在于，所述2进2出镜像光纤环是采用四级对称绕制方法将两根等长的保偏光纤，按照相反的方向和排列顺序交叉绕制在同一个骨架上或者骨架的左右两个分区上制成的，以使两个等效光纤环呈镜像关系。

8.根据权利要求1所述的基于特殊镜像环结构的干涉式光纤陀螺，其特征在于，所述信号联合解调模块采用开环光纤陀螺多谐波解调方法。

9.根据权利要求1所述的基于特殊镜像环结构的干涉式光纤陀螺，其特征在于，所述光源采用激光光源或ase光源。

技术总结
本申请提供一种基于特殊镜像环结构的干涉式光纤陀螺，包括：光源、起偏器、耦合器、两个环形器、两个Y波导、信号发生器、2进2出镜像光纤环、两个光电探测器和信号联合解调模块；其中，绕制2进2出镜像光纤环的两根等长的保偏光纤均在其中点处将快轴90度熔接，且每一根保偏光纤与Y波导尾纤熔接时一端快轴0度熔接，另一端快轴90度熔接。本申请的光纤陀螺，光不再分别经偏振分束合束器送入同一个光纤环的两个偏振信道，而是经两个Y波导分别按照0度和90度与两个空间镜像的光纤环熔接，从而抑制法拉第效应引起的径向磁场相位误差，对两个光电探测器的电信号进行联合解调，可以实现对Shupe效应引起的温度相位误差补偿。

技术研发人员：张丁凡,蒋晓东,吴君竹,黄鹤
受保护的技术使用者：杭州友孚科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12