一种抑制相对强度噪声的光纤陀螺

技术领域

本发明属于光纤陀螺制作技术领域，尤其涉及一种抑制相对强度噪声的光纤陀螺。

背景技术

光纤陀螺(FOG)是一种基于Sagnac效应的新型全固态角速度测量器件，因其具备精度高、量程大、体积小、质量轻、成本低、寿命长、集成度高、工程化难度低等诸多优点而被广泛用于航空、航天、航海等军事领域，是惯性技术领域重要的元件之一。

目前主流的光纤陀螺技术方案，采用SLD、ASE等半导体辐射光源为系统光路提供光信号，通过实时检测返回到光电探测器处的光强大小，来解算Sagnac相位差，从而获得被测角速度的大小。在光纤陀螺光路中，为抑制光路快慢轴光波之间的串扰现象，通常要求Y波导两个输出端的光功率分光比为1:1。

随着光纤陀螺的广泛应用，人们对光纤陀螺的零偏精度、随机游走噪声、标度因数稳定性提出了越来越高的要求。经研究发现，光纤陀螺的噪声来源主要有散粒噪声、相对强度噪声(Relative Intensity Noise，RIN)和热噪声等三种，为了提高光纤陀螺的精度，通常需要提高光源及光路中光信号的光功率，以追求更高的光路信噪比。但随着光功率的增大，因受到宽光谱中不同频率分量拍频影响，光源的光强波动幅度也会随之急剧增大，导致在高精度陀螺光路系统中，相对强度噪声远大于散粒噪声、热噪声，成为限制检测精度的最主要噪声源。因此，采用专门的相对强度噪声抑制方法是非常有必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，基于光纤陀螺抑制相对强度噪声的需求，提出一种全新设计方案的光路结构以及本方案所采用的Y波导。本发明的光路结构简单、抑制相对强度噪声，实现难度低、节省成本，有利于工程化批量应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种抑制相对强度噪声的光纤陀螺，光源发出的光信号经过2×2耦合器，进入Y波导，传播后顺时针传播和逆时针传播的两束光信号在Y波导内部合束、发生干涉，且其光功率比例为1:1，此干涉光信号包含Sagnac相位差信息，干涉光波最终经过2×2耦合器进入光电探测器A，此前通过光纤环后进入光电探测器B的光信号不包含Sagnac相位差信息，光电探测器A和光电探测器B中的两束光信号为同时刻。

按上述技术方案，包括2×2耦合器、Y波导、光纤环、1×2分束器、光电探测器A、光电探测器B，光源的输出端连接2×2耦合器的输入端1，2×2耦合器的输入端2连接光电探测器A，2×2耦合器的输出端连接Y波导的输入端，Y波导的输出端1连接光纤环的一端，Y波导的输出端2则连接1×2分束器输出端1，1×2分束器的输入端连接光纤环的另一端，1×2分束器的输出端2连接光电探测器B。

按上述技术方案，Y波导两个输出端的光功率分光比为2:1。

按上述技术方案，1×2分束器两个输出端的光功率分光比为1:1。

按上述技术方案，还包括，在信号处理电路板上设置补偿掉光电探测器A和光电探测器B光信号之间时间差的数字延时逻辑算法。

本光路工作的原理是，光源发出的光信号经过2×2耦合器，进入Y波导，由于Y波导的输出端分光比为2:1(即67％：33％)，则从Y波导输出端1进入光纤环的光信号光功率为67％，顺时针传播，再经过1×2分束器1:1分光，则有33％光信号进入Y波导输出端2，剩下33％光信号进入光电探测器B中。从Y波导输出端2发出的光信号光功率为33％，经过1×2分束器，由于分束器反过来传光则是具有合光作用，33％光信号将近似无损地进入光纤环，逆时针传播。最终，顺时针传播和逆时针传播的两束光信号则在Y波导内部合束、发生干涉，由于两束光信号都来源于光源，属于同源光波，且其光功率比例为1:1，因此干涉现象的对比度最佳，此干涉光信号包含了Sagnac相位差信息。干涉光波最终经过2×2耦合器进入光电探测器A，而之前进入光电探测器B的光信号则是单束光波，无干涉现象，不包含Sagnac相位差信息，其与光电探测器A中的光信号也属同源，由于光信号在光纤环中传播的时间(1～20us)远长于在各光学器件中的传播时间(<50ns)，忽略光信号在光学器件中的传播时间，因此可以认为光电探测器A和光电探测器B中的两束光信号是近似同时刻的，那么一旦光源光强发生波动，则波动信息会在同步体现在两只光电探测器中的光信号上。最后，在信号处理电路板上，将光电探测器A的采样数据和光电探测器B的采样数据进行光功率归一化后相减，即可实现光路中相对强度噪声对消、抑制相对强度噪声的目的。

本发明产生的有益效果是：光路结构简单、抑制相对强度噪声，实现难度低、节省成本，有利于工程化批量应用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例抑制相对强度噪声的光纤陀螺的光路原理图；

图2是本发明实施例中1×2分束器结构示意图；

图3是本发明实施例抑制相对强度噪声的光纤陀螺的原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图3所示，本发明实施例中提供一种抑制相对强度噪声的光纤陀螺，光源发出的光信号经过2×2耦合器，进入Y波导，传播后顺时针传播和逆时针传播的两束光信号在Y波导内部合束、发生干涉，且其光功率比例为1:1，此干涉光信号包含Sagnac相位差信息，干涉光波最终经过2×2耦合器进入光电探测器A，此前通过光纤环后进入光电探测器B的光信号不包含Sagnac相位差信息，光电探测器A和光电探测器B中的两束光信号为同时刻。其具体包括2×2耦合器、Y波导、光纤环、1×2分束器、光电探测器A、光电探测器B，光源的输出端连接2×2耦合器的输入端1，2×2耦合器的输入端2连接光电探测器A，2×2耦合器的输出端连接Y波导的输入端，Y波导的输出端1连接光纤环的一端，Y波导的输出端2则连接1×2分束器输出端1，1×2分束器的输入端连接光纤环的另一端，1×2分束器的输出端2连接光电探测器B。Y波导两个输出端的光功率分光比为2:1。实际使用时，Y波导的输出分光比只需接近2:1，本光路即可工作，但在取2:1时此光路信噪比最佳。1×2分束器两个输出端的光功率分光比为1:1。实际使用时，1×2分束器的输出分光比只需接近1:1，插入损耗小于1dB，本光路即可工作，但在分光比取1:1、插入损耗约为0时，此光路信噪比最佳。还包括在信号处理电路板上设置补偿掉光电探测器A和光电探测器B光信号之间时间差的数字延时逻辑算法。让二者采样数据中的光强波动信息严格同步，实现更加精准的相对强度噪声对消。

本发明提出光纤陀螺方案中的Y波导的分光比包括但不限于2:1或接近2:1，譬如Y波导的分光比也可以选择3:1，其匹配的1×2分束器(或2×1合束器)的分光比则为1:2，以及采用该原理的其他匹配组合形式。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。