【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学陀螺，具体涉及一种利用反射式光纤谐振腔的宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺及其工作方法。
技术介绍
1、陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体角速度的传感器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器。近年来，在国家重大工程需求下，惯性技术的快速发展对惯性器件提出了更高的要求，在确保满足高精度需求的同时，还要求它具备微体积、低功耗、高可靠性、低成本和抗振动冲击等特性。陀螺仪的发展水平直接影响着惯性导航和制导系统的关键性能，在国防领域发挥着不可替代的作用。
2、目前在光学陀螺领域中，激光陀螺内部光电部件繁多，制作难度大、成本较高；干涉式光纤陀螺精度与内部光纤绕环的长度有关，高精度干涉式光纤陀螺需要几千米长的环，难以进行小型化设计。相比之下，谐振式光学陀螺是通过检测由sagnac效应引起的腔内相向传输光束的谐振频差来实现旋转角速率的检测，以谐振腔作为其核心敏感部件，其最小可达到毫米级别以下的微型腔，顺应了器件小型化的发展趋势，并且具有较高的加工重复性、器件集成化能力和灵敏度。
3、现有的宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺，透射式光纤谐振腔的两个耦合器损耗大，谐振腔难以获得较高q值，反射式光纤谐振腔耦合器直通端与交叉端光强比值高，难以克服过大的相对强度噪声。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种利用反射式光纤谐振腔的宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺及其工作方法用以解决现有技术中宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺透射式光纤谐振腔低q值问题并有效抑制相对强
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种利用反射式光纤谐振腔的宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺，所述宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺包括工作光源ase、环形器cir、微型集成光学芯片mioc、光耦合器oc、光纤环形谐振器frr、光电探测器pd、锁相放大器lia和低通滤波器lpf；
4、所述工作光源ase与环形器cir的1号端口相连接，所述环形器cir的2号端口与微型集成光学芯片mioc的输入端相连接，所述微型集成光学芯片mioc的两个输出端分别与光耦合器oc的两个输入端相连接，所述光耦合器oc的两个输出端分别与光纤环形谐振器frr的两个端口相连接，
5、所述环形器cir的3号端口与光电探测器pd输入端相连接，所述光电探测器pd输出端与锁相放大器lia输入端相连接，
6、所述锁相放大器lia的1号输出端与微型集成光学芯片mioc调制引脚相连接，所述锁相放大器lia的2号输出端与低通滤波器lpf的输入端相连接，所述低通滤波器lpf的输出端输出谐振式光纤陀螺信号。
7、进一步的，所述工作光源ase，用于输出宽谱激光；
8、所述工作光源ase，用于输出宽谱光场；
9、所述环形器cir，用于将其任一端口的入射波按照由静偏磁场确定的方向顺序传入下一个端口；
10、所述微型集成光学芯片mioc，用于对输入光波起偏、分束、调制；
11、所述光耦合器oc，用于对同一波长的光功率进行分路或合路；
12、所述光纤环形谐振器frr，用于控制光波沿顺时针或逆时针周期性地传播；
13、所述光电探测器pd，用于将光信号转换为电信号；
14、所述锁相放大器lia，用于同步解调信号并分别向低通滤波器lpf与微型集成光学芯片mioc输出信号；
15、所述低通滤波器lpf，用于对同步解调后的信号进行滤波。
16、一种利用反射式光纤谐振腔的宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺的工作方法，所述工作方法具体为，
17、工作光源ase输出的宽谱激光经过顺时针环形器cir后进入微型集成光学芯片mioc；
18、宽谱激光经微型集成光学芯片mioc通过光耦合器oc分别沿顺时针和逆时针进入光纤环形谐振器frr；
19、光纤环形谐振器frr控制光波沿顺时针或逆时针周期性地传播数圈后输出，经过光耦合器oc在微型集成光学芯片mioc汇集端口干涉，携带sagnac相移的干涉光波信号通过环形器cir后由光电探测器pd检测；
20、微型集成光学芯片mioc的一输出端口与耦合器oc之间光波经过第一个90°融接点，位于光纤环形谐振器frr内光波周期性经过第二个90°融接点，实现光波偏振分离；
21、光电探测器pd将光信号转换为电信号后由锁相放大器lia同步解调，锁相放大器lia的输出通过低通滤波器lpf后用作陀螺仪输出；
22、经过锁相放大器lia同步解调信号反馈至微型集成光学芯片mioc的调制引脚，实现闭环控制。
23、进一步的，所述光波经过第一个90°融接点偏振态与微型集成光学芯片mioc通过轴垂直，微型集成光学芯片mioc的偏振消光比高达70db，经过微型集成光学芯片mioc和耦合器oc的直通端再返回的光波被完全损耗而不会到达光电探测器pd；
24、第二个90°融接点在光纤环形谐振器frr内部，光波在光纤环形谐振器frr中传播奇数圈后光波的偏振轴与微型集成光学芯片mioc的通过轴对齐，返回光波可到达光电探测器pd。
25、进一步的，所述光电探测器pd接收到的光波场的表达式为，
26、epd＝eb+er (1)
27、其中，eb为通过耦合器oc直口未进入光纤环形谐振器frr的光波，er为通过耦合器oc与光纤环形谐振器frr交叉口的光波，经过微型集成光学芯片mioc和耦合器oc的直通端再返回的光波被完全损耗而不会到达光电探测器pd，因此eb等于0,er由下式给出:
28、
29、其中，ecw(n)表示在光纤环形谐振器frr的cw方向传播n圈的光场，eccw(n)表示在光纤环形谐振器frr的ccw方向传播n圈的光场。
30、进一步的，根据公式(2)到达光电探测器pd的光波分为两部分，一部分是经过光纤环形谐振器frr的cw光场，表示为，
31、
32、另一部分是经过光纤环形谐振器frr的ccw光场，表示为：
33、
34、其中，ecross_cw_n表示在光纤环形谐振器frr的cw方向传播n圈的光场，ecross_ccw_n表示在光纤环形谐振器frr的ccw方向传播n圈的光场，分别展开为：
35、
36、式中，e0表示光源光场振幅，αcir表示环形器cir的功率损耗系数，γ表示微型集成光学芯片mioc的功率损耗系数，γ表示耦合器oc的插入损耗，kc表示耦合器oc交叉端功率耦合系数，αl表示光纤环形谐振器frr的损耗，表示光波在光纤环形谐振器frr中传播一圈的光场传输损耗，f表示工作光源ase的中心频率；fsrcw、fsrccw分别表示光纤环形谐振器frr的cw和ccw的自由谱宽；
37、进一步的，当光纤环形谐振器frr发生旋转时，
38、f本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用反射式光纤谐振腔的宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺，其特征在于，所述宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺包括工作光源ASE、环形器CIR、微型集成光学芯片MIOC、光耦合器OC、光纤环形谐振器FRR、光电探测器PD、锁相放大器LIA和低通滤波器LPF；
2.根据权利要求2所述的宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述一种利用反射式光纤谐振腔的宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺的工作方法，其特征在于，所述工作方法具体为，
4.根据权利要求3所述的工作方法，其特征在于，所述光波经过第一个90°融接点偏振态与微型集成光学芯片MIOC通过轴垂直，微型集成光学芯片MIOC的偏振消光比高达70dB，经过微型集成光学芯片MIOC和耦合器OC的直通端再返回的光波被完全损耗而不会到达光电探测器PD；
5.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于，所述光电探测器PD接收到的光波场的表达式为，
6.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于，根据公式(2)到达光电探测器PD的光波分为两部分，一部分是经过光纤环形谐振器FR
7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，当光纤环形谐振器FRR发生旋转时，
8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，由于光纤环形谐振器FRR的腔长远大于工作光源ASE的相干长度，所以只有在光纤环形谐振器FRR中传播相同圈数的光波会发生干涉，所以光电探测器PD探测的光强Ipd可以表示为：
9.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，所述光耦合器OC、环形器CIR、工作光源ASE、光纤环形谐振器FRR、微型集成光学芯片MIOC和光电探测器PD均为具有保偏特性的元件，且工作波长相同。
10.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺，极限精度表示为：
...【技术特征摘要】
1.一种利用反射式光纤谐振腔的宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺，其特征在于，所述宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺包括工作光源ase、环形器cir、微型集成光学芯片mioc、光耦合器oc、光纤环形谐振器frr、光电探测器pd、锁相放大器lia和低通滤波器lpf；
2.根据权利要求2所述的宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述一种利用反射式光纤谐振腔的宽谱光源驱动的谐振式光纤陀螺的工作方法，其特征在于，所述工作方法具体为，
4.根据权利要求3所述的工作方法，其特征在于，所述光波经过第一个90°融接点偏振态与微型集成光学芯片mioc通过轴垂直，微型集成光学芯片mioc的偏振消光比高达70db，经过微型集成光学芯片mioc和耦合器oc的直通端再返回的光波被完全损耗而不会到达光电探测器pd；
5.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于，所述光电探测器pd接...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨柳，王颖，李春晓，聂纯，徐辰龙，靳婷，张勇刚，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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