CN112066970A - 一种双独立偏振态的光纤陀螺结构 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种双独立偏振态的光纤陀螺结构，包括：光源、偏振分光模块、第一偏振光通路、第二偏振光通路、保偏光纤环；其中，光源连接偏振分光模块的输入端，偏振分光模块的输出端分别连接并联的第一偏振光通路和第二偏振光通路的输入端，第一偏振光通路和第二偏振光通路的输出端连接保偏光纤环。本发明对通过改动已有的双偏振光纤陀螺的结构，利用偏振分光模块对光源输出的光信号进行了消相干处理，使得第一偏光和第二偏振光不具有干涉性，使得耦合光无法和主轴光发生干涉，配合对第一偏振光和第二偏振光进行反向调制，能够有效降低光纤中的偏振交叉耦合噪声，对于提高光纤陀螺的游走和零偏性能有非常重要的意义。
Description
技术领域
本申请涉及光纤陀螺技术领域，具体涉及一种双独立偏振态的光纤陀螺结构。
背景技术
光纤陀螺是一种测量物体惯性运动角速度的传感器。由于其精度高、性能稳定、可靠性好、抗干扰能力强和寿命长等特点而被广泛应用于导弹、航空、航天、航海等领域。
光纤陀螺是基于萨格纳克效应(Sagnac effect)而制造出来的定向装置，光学陀螺仪基本工作原理是：在闭合光路中的两束特征相同的光分别沿顺时针(CW)方向和逆时针(CCW)方向传输时，如果该光路存在转动，则两束光会产生与该转动角速度相关的相位差，从而根据这两束光的干涉信号即可得出该闭合光路的转动角速度。上述相位差被称作萨格纳克相移φs，其与转动角速度Ω的关系可表示为：
式中，λ为光源波长，c表示真空中的光速，L和D表示保偏光纤环的长度和直径。
由于Sagnac相移远远小于光波的相移，因此光纤陀螺的结构设计要考虑抑制其他非互易的相移，尽可能地降低噪声。一个基本的结构设计原型就是采用“最小互易结构”作为光纤陀螺的基础结构，如图1所示。最小互易结构的设计目的在于保证顺时针CW和逆时针CCW光波所经历的光路完全一致，即满足互易性的要求。由于Sagnac信号是一个非常小的相位信号，远远小于光波传输相移，只有互易性被保证时才能被清楚地检测出来。最小互易结构中要素是两方面互易性的保证：一个是偏振互易性，即保证CW、CCW光波所经历的偏振模式是一样的；另一个是耦合器互易性，即保证CW、CCW光波经过耦合器的方式是一样的。其中偏振互易性是最重要的一个方面，如果偏振互易性没有良好的保证，就会产生偏振非互易(PN)误差。偏振非互易误差会对光纤陀螺性能造成严重的劣化，集中体现在造成零偏稳定性的变差，而且还决定了光纤陀螺中噪声降低效果的极限。因此在陀螺的结构设计中，偏振互易性被放置在非常优先的位置，偏振非互易误差也是提高陀螺精度的一个关键问题。
双偏振光纤陀螺是近些年提出的一种新型光纤陀螺结构，和传统光纤陀螺的区别在于该结构利用了光纤环中的两个偏振态的光学补偿效应来进行测量，具有结构简单、环境适应性强的优点。然而，双偏振态光纤陀螺结构，是通过检测两个偏振态方向的光分别在闭合光路中的光学补偿效应来进行测量，两个偏振态的光在保偏光纤环中传输时会存在的偏振交叉耦合，即在其中一个主轴(如快轴)上传输的光可能会由于应力耦合进入另一个主轴(如慢轴)，进入另一主轴上的光为耦合光，由于快轴和慢轴的光都是同一光源发出的，具有一定的相干性，耦合光会与主轴的光干涉影响真实信号的解调。
因此，需要提供一种能降低偏振交叉耦合噪声的双独立偏振态光纤陀螺结构。
发明内容
本申请的目的是提供一种双独立偏振态的光纤陀螺结构。
本申请提供一种双独立偏振态的光纤陀螺结构，包括：光源、偏振分光模块、第一偏振光通路、第二偏振光通路、保偏光纤环；其中，
所述光源连接所述偏振分光模块的输入端，所述偏振分光模块的输出端分别连接并联的第一偏振光通路和第二偏振光通路的输入端，所述第一偏振光通路和第二偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环。
在本申请的一些实施方式中，所述第一偏振光通路包括第一Y波导和第一偏振分束合束器；所述第一Y波导的单独端连接所述第一偏振光通路的输入端，所述第一Y波导的两分支端中的一者连接所述第一偏振分束合束器的第一分束端，另一者连接所述第二偏振分束合束器的第一分束端；所述第一偏振分束合束器的合束端为所述第一偏振光通路的输出端；
所述第二偏振光通路包括第二Y波导和第二偏振分束合束器；所述第二Y波导的单独端连接所述第二偏振光通路的输入端，所述第二Y波导的两分支端中的一者连接所述第一偏振分束合束器的第二分束端，另一者连接所述第二偏振分束合束器的第二分束端；所述第二偏振分束合束器的合束端为所述第二偏振光通路的输出端。
在本申请的一些实施方式中，所述第一偏振光通路还包括第一环形器和第一光电探测器，所述第一环形器的第一端为所述第一偏振光通路的输入端，所述第一环形器的第二端连接所述第一Y波导的输入端；所述第一光电探测器的输入端与所述第一环形器的第三端相连；
所述第二偏振光通路还包括第二环形器和第二光电探测器，所述第二环形器的第一端为所述第二偏振光通路的输入端，所述第二环形器的第二端连接所述第二Y波导的输入端；所述第二光电探测器的输入端与所述第二环形器的第三端相连。
在本申请的一些实施方式中，所述信号发生器的输出端连接所述第一Y波导和所述第二Y波导的电信号输入端，所述信号发生器向所述第一偏振分束合束器的第一分束端和第二分束端分别施加第一调制信号和第二调制信号，以及向所述第二偏振分束合束器的第一分束端和第二分束端分别施加第一调制信号和第二调制信号，其中所述第一调制信号和所述第二调制信号的相位相反。
在本申请的一些实施方式中，所述第一调制信号和所述第二调制信号的频率为所述保偏光纤环的本征频率或所述保偏光纤环的本征频率的奇次倍频。
在本申请的一些实施方式中，所述第一Y波导、所述第二Y波导的消光比均不小于85dB。
在本申请的一些实施方式中，所述偏振分光模块从所述光源输出的光信号中分离出第一偏振光和第二偏振光，并将所述第一偏振光和所述第二偏振光分别输出至所述第一Y波导和所述第二Y波导，其中所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振态正交；
所述第一Y波导调制两束第一偏振光，并将两束第一偏振光中的一束输出至所述第一偏振分束器第一分束端，另一束输出至所述第二偏振分束合束器的第一分束端；
所述第二Y波导调制两束第二偏振光，并将两束第二偏振光中的一束输出至所述第一偏振分束器第二分束端，另一束输出至所述第二偏振分束合束器的第二分束端；
所述第一偏振分束合束器将经其合束端输入的所述第一偏振光和所述第二偏振光分别对应输出至所述第一Y波导和所述第二Y波导；
所述第二偏振分束合束器将经其合束端输入的所述第一偏振光和所述第二偏振光分别对应输出至所述第一Y波导和所述第二Y波导。
在本申请的一些实施方式中，还包括串接在所述偏振分光模块的输出端和所述第一偏振光通路的输入端之间的可调光衰减器。
在本申请的一些实施方式中，所述偏振分光模块为偏振分束器或偏振分束合束器。
在本申请的一些实施方式中，在所述光源和所述偏振分束模块的输入端之间还串接有起偏器和消偏器，所述光源输出的光信号依次经所述起偏器、所述消偏器输入至所述偏振分束模块。
相较于现有技术，本申请提供的双独立偏振态的光纤陀螺结构，偏振分光模块对光源输出的光信号进行了消相干处理，得到了偏振方向正交的第一偏振光和第二偏振光，故第一偏振光和第二偏振光不具有相干性，从而，主轴光(第一偏振光和第二偏振光)在光纤陀螺结构中传输过程中，耦合光无法与主轴光发生干涉。因此，采集到的检测信号将只包含主轴光(顺时针的偏振光和逆时针的偏振光)彼此的干涉以及耦合光(顺时针的耦合光和逆时针的耦合光)彼此的干涉两个部分信号，从而，降低了发生在保偏光纤环中的偏振交叉耦合误差，进而，使双偏振光纤陀螺的两个偏振态都得到更好使用，从而提高了光纤陀螺结构的检测精度。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了光纤陀螺结构的最小互易性结构的示意图；
图2示出了本申请的一些实施方式所提供的一种双独立偏振态的光纤陀螺结构的结构示意图；
图3示出了本申请的一些实施方式所提供的一种双独立偏振态的光纤陀螺结构的偏振分光模块的双折射示意图；
图4示出了本申请的一些实施方式所提供的一种双独立偏振态的光纤陀螺结构的Y波导的等效图；
其中，附图标记为：21、光源；211、光信号；2111、第一偏振光；2112、第二偏振光；22、偏振分光模块；23a、第一偏振光通路；23b、第二偏振光通路；24、保偏光纤环；251、第一环形器；252、第二环形器；261、第一Y波导；262、第二Y波导；2601、单独端；2602、分支端；2603、电信号输入端；271、第一偏振分束合束器；272、第二偏振分束合束器；281、第一光电探测器；282、第二光电探测器；29、信号发生器。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
另外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本申请实施例提供一种双独立偏振态的光纤陀螺结构，下面结合实施例及附图进行示例性说明。
如图2至4所示，本申请的双独立偏振态的光纤陀螺结构，可以包括：光源21、偏振分光模块22、第一偏振光通路23a、第二偏振光通路23b、保偏光纤环24；其中，
光源21连接偏振分光模块22的输入端，偏振分光模块22的输出端分别连接并联的第一偏振光通路23a和第二偏振光通路23b的输入端，第一偏振光通路23a和第二偏振光通路23b的输出端连接保偏光纤环24。所述光源优选宽谱光源。
其中，如图3所示，偏振分光模块22(如偏振分束合束器)用于从光源21(如ASE光源)输出的光信号211中分离出偏振态正交的第一偏振光2111和第二偏振光2112，并将第一偏振光2111输出至第一偏振光通路23a，第二偏振光2112输出至第二光通路。
第一偏振光通路23a和第二偏振光通路23b的输出端连接保偏光纤环24的两端，即保偏光纤环24有两端口，第一端和第二端，第一偏振光通路23a的输出端与保偏光纤环24的第一端相连，第二偏振光通路23b的输出端与保偏光纤环24的第二端相连。
其中，对第一偏振光通路2a输出的检测信号和第二偏振光通路2b输出的检测信号进行加权平均，得到光纤陀螺仪的检测信号。
本实施例的光纤陀螺结构工作时：调制出两束第一偏振光，两束第一偏振光中的一束由第一偏振光通路23a的输出端输出至保偏光纤环24的第一端，并由保偏光纤环24的第二端输出，以实现第一偏振光在光纤陀螺结构中的顺时针传输；两束第一偏振光中的另一束由第二偏振光通路23b的输出端输入保偏光纤环24的第二端，并由保偏光纤的第一端输出，以实现第一偏振光在光纤陀螺结构中的逆时针传输。同样，调制出两束第二偏振光，两束第二偏振光中的一束由第一偏振光通路23a的输出端输出至保偏光纤环24的第一端，并由保偏光纤环24的第二端输出，以实现第二偏振光在光纤陀螺结构中的顺时针传输；两束第二偏振光中的另一束由第二偏振光通路23b的输出端输入保偏光纤环24的第二端，并由保偏光纤的第一端输出，以实现第二偏振光在光纤陀螺结构中的逆时针传输。而后，采集第一偏振光、第二偏振光在光纤陀螺结构中传输时所产生的检测信号，解调该检测信号即可得到光纤陀螺结构的转动角速度。
相较于现有技术，本申请实施例提供的双独立偏振态的光纤陀螺结构，偏振分光模块对光源输出的光信号进行了消相干处理，得到了偏振方向正交的第一偏振光和第二偏振光，故第一偏振光和第二偏振光不具有相干性，从而，主轴光(第一偏振光和第二偏振光)在光纤陀螺结构中传输过程中，耦合光无法与主轴光发生干涉。因此，采集到的检测信号将只包含主轴光(顺时针的偏振光和逆时针的偏振光)彼此的干涉以及耦合光(顺时针的耦合光和逆时针的耦合光)彼此的干涉两个部分信号，从而降低了发生在保偏光纤环中的偏振交叉耦合误差，进而，使双偏振光纤陀螺的两个偏振态都得到更好使用，从而提高了光纤陀螺结构的检测精度。
更进一步地，偏振分光模块22可以为偏振分束器或偏振分束合束器，当然，原则上也可以为其他光学元件，只要能实现从光源输出的光信号中分离出偏振态正交的两束偏振光即可。
更进一步地，光源21的带宽、波长稳定性、输出功率、寿命等对于光纤陀螺的性能有着非常重要的影响。光纤陀螺必须要采用宽谱光源，而且存在谱宽越宽性能越好的可能性，因为更宽的谱宽意味着更短的相干长度，可以减少背向瑞利散射光波与主光波相干涉带来的噪声。
因此，在本实施例中，光源21可以采用宽带掺铒超荧光光纤光源(ASE)，宽带掺铒超荧光光纤光源(ASE)的光源理论基础主要是掺铒光纤的光放大原理，用特定波长的半导体激光器泵浦掺铒光纤后光纤内不同能级的铒离子将呈现粒子数反转，高能级原子产生的自发辐射光在光纤内传输时，不断地受激放大，形成放大的自发辐射，实现光纤陀螺所需的超荧光输出。自发辐射的特点是各个光波场的相位是不干涉的，光波场的传输方向和偏振态也是无规分布。
在本申请实施例的一些变更实施方式中，第一偏振光通路23a包括第一Y波导261和第一偏振分束合束器271；第一Y波导261的的单独端2601连接第二偏振光通路的输入端，第一Y波导261的两分支端2602中的一者连接第一偏振分束合束器271的第一分束端，另一者连接第二偏振分束合束器272的第一分束端；第一偏振分束合束器271的合束端连接第一偏振光通路23a的输出端；
第二偏振光通路23b包括第二Y波导262和第二偏振分束合束器272；第二Y波导262的的单独端2601连接第二偏振光通路的输入端，第二Y波导262的两分支端2602中的一者连接第一偏振分束合束器271的第二分束端，另一者连接第二偏振分束合束器272的第二分束端；第二偏振分束合束器272的合束端连接第二偏振光通路23b的输端。
本实施例中，光源21输出的光信号的传输过程具体包括：
首先，光源21发出的光信号(如宽谱光)经偏振分束模块后输出偏振方向正交的第一偏振光和第二偏振光，第一偏振光和第二偏振光经偏振分束模块的输出端分别输入第一Y波导261和第二Y波导262。
然后，第一偏振光被第一Y波导261调制为两束第一偏振光，两束第一偏振光中的一者经第一偏振分束合束器271输入至保偏光纤环24的第一端，并由保偏光纤环24的第二端输出至第二偏振分束合束器272合束端，即该第一偏振光在保偏光纤环24内进行顺时针传输；该两束第一偏振光中的另一者经第二偏振分束合束器272输入至保偏光纤环24的第二端，并由保偏光纤环24的第一端输出至第一偏振分束合束器271，即该第一偏振光在保偏光纤环24内进行逆时针传输。同样地，第二偏振光被第二Y波导262调制为两束第二偏振光，两束第二偏振光中的一者经第二偏振分束合束器272输入至保偏光纤环24的第二端，并由保偏光纤环24的第一端输出至第一偏振分束合束器271，即该第二偏振光在保偏光纤环24内进行逆时针传输；该两束第二偏振光中的另一者经第一偏振分束合束器271输入至保偏光纤环24的第一端，并由保偏光纤环24的第二端输出至第二偏振分束合束器272，即该第二偏振光在保偏光纤环24内进行顺时针传输。
最后，第一偏振分束合束器271将第一偏振光输出至第一Y波导261，第二偏振光输出至第二Y波导262；同样地，第二偏振分束合束器272将第一偏振光输出至第一Y波导261，第二偏振光输出至第二Y波导262。
在本实施例中，在每个偏振方向上传输的主轴光(即第一偏振光和第二偏振光)，都会经过两次进入保偏光纤环24和从保偏光纤环离开的过程，任意住轴光(第一偏振光或第二偏振光)进入保偏光纤环24所经过的Y波导和离开保偏光纤环24所经过的Y波导是同一个Y波导，故一方面顺时针传输的主轴光和逆时针传输的主轴光经历的偏振模式是一样的，即偏振互易性得到了保证；另一方面，顺时针传输的主轴光和逆时针传输的主轴光经过耦合器(Y波导)的方式是一样的，即耦合器互易性得到了保证。也就是，顺时针传输的主轴光和逆时针传输的主轴光所经历的光路完全一致，即满足互易性的要求。
在本申请实施例的一些变更实施方式中，第一偏振光通路23a还包括第一环形器251和第一光电探测器，第一环形器251的第一端为第一偏振光通路23a的输入端，第一环形器251的第二端连接第一Y波导261的输入端；第一光电探测器的输入端连接第一环形器251的第三端；
第二偏振光通路23b还包括第二环形器252和第二光电探测器，第二环形器252的第一端为第二偏振光通路23b的输入端，环形器的第二端连接第二Y波导262的输入端；第二光电探测器的输入端连接第二环形器252的第三端。
其中，环形器是一个多端器件，光信号在环形器中的传输只能沿单方向环行。
在本实施例中，在实现光信号按照预定的路径传输的前提下，简化了光纤陀螺结构的硬件结构。
进一步地，第一偏振分束合束器271的输出端是第一偏振光通路23a的输出端；第二偏振分束合束器272的输出端是第二偏振光通路23b的输出端。
在本申请实施例的一些变更实施方式中，光纤陀螺结构还包括信号发生器29，信号发生器29的输出端连接第一Y波导261和第二Y波导262的电信号输入端2603，信号发生器29能向第一偏振分束合束器271的第一分束端和第二分束端分别施加第一调制信号和第二调制信号，以及能向第二偏振分束合束器272的第一分束端和第二分束端分别施加第一调制信号和第二调制信号，其中第一调制信号和第二调制信号的相位相反。
通常情况下，陀螺的Sagnac相移信号(即顺时针传输的第一偏振光和逆时针传输的第一偏振光的相位差、顺时针传输的第二偏振光和逆时针传输的第二偏振光的相位差)是非常微小的，为了从强噪声中提取出微弱的有用信号，通过加调制信号产生一个固定的偏置相位的办法来提高灵敏度。
在本申请实施例的一些变更实施方式中，第一调制信号和第二调制信号的相位之差为π。
进一步地，调制信号使用的可以是正弦信号或方波调制信号。
具体地，输入至第一Y波导261的第一偏振光和第二Y波导262的第二偏振光的光场可以表示为：
其中，θ1和始相位。
其中，如图4所示，光纤陀螺结构的Y波导(第一Y波导261和第二Y波导262)可以等效为一个起偏器、一个耦合器和两个调制器的光路结构。起偏器和耦合器的琼斯矩阵可以表示为：
式中，
表示第一Y波导261和第二Y波导262的的透射系数。
第一偏振光和第二偏振光在分别进入第一Y波导261和第二Y波导262之后，分别通过两个偏振分束合束器耦合到保偏光纤环24中。Y波导和偏振分束合束器(PBS/C)之间存在4个熔接点A、B、C、D，这几个熔接点存在一定的对轴误差，对轴误差会带来较大的偏振交叉耦合，因此这几个点的琼斯矩阵在分析中不能够被忽略，它们琼斯矩阵可以表示为：
θm表示这几个点的对轴偏差角度。
在本实施例中，使用的同一台熔接机进行的对轴，这4个点的对轴偏差角度基本相同，可以表示为：θA≈θB≈θC≈θD≈θmis。
保偏光纤环24可以为保偏光纤环24，保偏光纤环24可以等效为M段保偏光纤，用K(κn)表示每段保偏光纤的传输矩阵，这样保偏光纤环24顺时针(CW)和逆时针(CCW)的传输矩阵可以表示为：
在本实施例中，采用第一光电探测器(PD1)检测到达第一Y波导261的干涉信号，采用第二光电探测器(PD2)检测到达第二Y波导262的干涉信号，到达第一光电探测器和第二光电探测器的光场可以表示为：
从上述公式中可以看出，按光的偏振态分类，每个光电探测器都会接收到8种类型的光，可以将从PBS/C1分束端两个端i(i＝1，2)出射时偏振态为m，到达PDj(j＝1，2)时偏振态为n的光写为Eimjn。
在本实施例中，第一偏振光和第二偏振光不具有相干性，并且第一Y波导261和第二Y波导262具有很高的消光比，故只需要考虑主轴光(E1x1x，E2y2y)和双偏振耦合光(E2y1x，E1x2y)。因此到达第一光电探测器和第二光电探测器的光场可以分别简化为
第一光电探测器和第二光电探测器上探测到光强可以表示为：
IPD1(t)≈D.C.+Ip1+Idi1
IPD2(t)≈D.C.+Ip2+Idi2
其中：D.C.表示直流项；Ip1和Ip2表示主轴光(E1x1x，E2y2y)的干涉项，携带着Sagnac相移；Idi1和Idi2表示双偏振耦合光(E2y1x，E1x2y)的干涉项，是双偏振强度型误差的主要来源。
在本实施例中，Idi1和Idi2可以表示为：
其中：K1和K2分别表示Idi1和Idi2的干涉强度系数；φerr1和φerr2是由双偏振耦合光带来的双偏振强度型偏振非互易误差，它们在两个PD上具有相反的符号，φmod1(t)和φmod2(t)是有正弦调制信号带来的偏置相位，可以表示为：
其中，Δθm＝θ1-θ2，表示第一Y波导261和第二Y波导262的正弦调制信号的初始相位之差。
当两束的一致性较好、功率较均衡时，可以认为K1＝K2，此时Idi1和Idi2相加可得：
Idi＝Idi1(t)+Idi2(t)＝2K1cosφerr1cos[φs+φmod1]
通过将第一光电探测器和第二光电探测器的信号相加，双偏振强度型误差被完全补偿掉了。
通过将两个PD的信号相加，双偏振强度型误差被完全补偿掉了。
然而，光纤陀螺结构实际工作中，由于外界环境的扰动，两束很难保持比较好的一致性和功率均衡，这会大大降低补偿的效果，影响光纤陀螺结构的精度。以使用的是开环解调常用的谐波解调为例，双偏振强度型误差在解调结果上带来的误差可以表示为：
其中J1是一阶第一类贝塞尔函数。
可以看出：当Δθm＝π时，φdem＝0。这表明：当两个Y波导的正弦调制信号的初始相位之差为π，即相位相反时，双偏振强度型相位误差可以完全被消除。
在本申请实施例的一些变更实施方式中，第一调制信号和第二调制信号的频率是保偏光纤环24本征频率或保偏光纤环24本征频率的奇次倍频。
原则上，随着保偏光纤环24长度的增加，其本征频率将会越来越低，通过采集保偏光纤环24的信号并做频谱分析后，发现信号频谱并不平坦，低频的噪声明显高于高频部分，对于大型保偏光纤环24(如光纤长度大于2千米)而言，其调制频率相较于小型保偏光纤环24会低很多，会落入1/f噪声较高的低频部分(30km的保偏光纤环24的额本征频率为3.3kHz)，这将大大影响陀螺的短时游走性能，劣化探测灵敏度，热相位噪声的影响在超大高精度光纤陀螺中不可忽视。
在本实施例中，以本征频率的奇次倍频作为调制频率，将调制频率搬移至宽带噪声频段，从而可以大幅降低噪底，提高光纤陀螺的短时游走性能。
在本申请实施例的一些变更实施方式中，双独立偏振态光纤陀螺结构还包括串接在偏振分束模块的分束端和第一偏振光通路23a的输入端之间的可调光衰减器。
原则上，双独立偏振态的光纤陀螺结构的理想工作条件包括：两束正交偏振光的功率做到完全均衡。
本实施例中，第一偏振光首先经过起偏器和消偏器进行双偏振光功率均衡。
在本申请实施例的一些变更实施方式中，第一Y波导261、第二Y波导262的消光比均不小于85dB。
本实施例中，使用了高消光比的偏振分束合束器，对两偏振态的光进行消相干处理，能有效的消除高阶偏振光带来的非互易误差，提高反向调制(即第一调制信号和第二调制信号的相位相反)的效果。
更优选地，第一Y波导261和第二Y波导262地性能相近。
更进一步地，在本实施例中，光电探测器解调使用的方法可以是开环陀螺中常用的谐波解调，通过提取干涉信号的1、2、3、4谐波获取转动信号。由于偏振交叉耦合的偏振分量的干涉结果被搬移到低频部分，因此这部分噪声得到了消除。
需要说明的是，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (9)
1.一种双独立偏振态的光纤陀螺结构，其特征在于，包括：
光源、偏振分光模块、第一偏振光通路、第二偏振光通路、保偏光纤环；其中，
所述光源连接所述偏振分光模块的输入端，所述偏振分光模块的输出端分别连接并联的第一偏振光通路和第二偏振光通路的输入端，所述第一偏振光通路和第二偏振光通路的输出端连接所述保偏光纤环。
2.根据权利要求1所述的双独立偏振态的光纤陀螺结构，其特征在于，
所述第一偏振光通路包括第一Y波导和第一偏振分束合束器；所述第一Y波导的单独端连接所述第一偏振光通路的输入端，所述第一Y波导的两分支端中的一者连接所述第一偏振分束合束器的第一分束端，另一者连接所述第二偏振分束合束器的第一分束端；所述第一偏振分束合束器的合束端为所述第一偏振光通路的输出端；
所述第二偏振光通路包括第二Y波导和第二偏振分束合束器；所述第二Y波导的单独端连接所述第二偏振光通路的输入端，所述第二Y波导的两分支端中的一者连接所述第一偏振分束合束器的第二分束端，另一者连接所述第二偏振分束合束器的第二分束端；所述第二偏振分束合束器的合束端为所述第二偏振光通路的输出端。
3.根据权利要求2所述的双独立偏振态的光纤陀螺结构，其特征在于，
所述第一偏振光通路还包括第一环形器和第一光电探测器，所述第一环形器的第一端为所述第一偏振光通路的输入端，所述第一环形器的第二端连接所述第一Y波导的输入端；所述第一光电探测器的输入端与所述第一环形器的第三端相连；
所述第二偏振光通路还包括第二环形器和第二光电探测器，所述第二环形器的第一端为所述第二偏振光通路的输入端，所述第二环形器的第二端连接所述第二Y波导的输入端；所述第二光电探测器的输入端与所述第二环形器的第三端相连。
4.根据权利要求2所述的双独立偏振态的光纤陀螺结构，其特征在于，所述光纤陀螺结构还包括信号发生器，所述信号发生器的输出端连接所述第一Y波导和所述第二Y波导的电信号输入端，所述信号发生器向所述第一偏振分束合束器的第一分束端和第二分束端分别施加第一调制信号和第二调制信号，以及向所述第二偏振分束合束器的第一分束端和第二分束端分别施加第一调制信号和第二调制信号，其中所述第一调制信号和所述第二调制信号的相位相反。
5.根据权利要求4所述的双独立偏振态的光纤陀螺结构，其特征在于，所述第一调制信号和所述第二调制信号的频率为所述保偏光纤环的本征频率或所述保偏光纤环的本征频率的奇次倍频。
6.据权利要求2所述的双独立偏振态的光纤陀螺结构，其特征在于，所述第一Y波导、所述第二Y波导的消光比均不小于85dB。
7.根据权利要求2至6任一所述的双独立偏振态的光纤陀螺结构，其特征在于，
所述偏振分光模块从所述光源输出的光信号中分离出第一偏振光和第二偏振光，并将所述第一偏振光和所述第二偏振光分别输出至所述第一Y波导和所述第二Y波导，其中所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振态正交；
所述第一Y波导调制两束第一偏振光，并将两束第一偏振光中的一束输出至所述第一偏振分束器第一分束端，另一束输出至所述第二偏振分束合束器的第一分束端；
所述第二Y波导调制两束第二偏振光，并将两束第二偏振光中的一束输出至所述第一偏振分束器第二分束端，另一束输出至所述第二偏振分束合束器的第二分束端；
所述第一偏振分束合束器将经其合束端输入的所述第一偏振光和所述第二偏振光分别对应输出至所述第一Y波导和所述第二Y波导；
所述第二偏振分束合束器将经其合束端输入的所述第一偏振光和所述第二偏振光分别对应输出至所述第一Y波导和所述第二Y波导。
8.根据权利要求1所述的双独立偏振态的光纤陀螺结构，其特征在于，还包括串接在所述偏振分光模块的输出端和所述第一偏振光通路的输入端之间的可调光衰减器。
9.根据权利要求1所述的双独立偏振态的光纤陀螺结构，其特征在于，所述偏振分光模块为偏振分束器或偏振分束合束器。
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| CN202010947724.2A CN112066970A (zh) | 2020-09-10 | 2020-09-10 | 一种双独立偏振态的光纤陀螺结构 |
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