一种谐振式空芯光子晶体光纤陀螺及应用
【技术领域】
[0001] 本发明提出了一种谐振式空芯光子晶体光纤陀螺，涉及光子晶体光纤，光纤陀螺 仪表，尤其是谐振式光纤陀螺领域。
【背景技术】
[0002] 干涉式光纤陀螺是一种全固态陀螺仪表，具有可靠性高、寿命长、动态范围大、振 动不敏感、体积小、重量轻、适合大批量生产的特点，且可达到很高的精度。但是在面对工程 应用时，光纤陀螺还存在着环境敏感性过大等缺点，尤其是在外部存在温度变化时，光纤陀 螺的性能指标往往要下降一个数量级。通过结构优化和改进光纤环的绕制方法，以及完善 信号检测方案和采取外部屏蔽部件，可以在一定程度上解决环境适应性，但同时也带来了 成本高、体积大、质量重、功耗高、启动时间长、可靠性低等一系列附加问题。
[0003] 谐振式光纤陀螺集成了激光陀螺和干涉式光纤陀螺的优点，可以用较短的光纤构 成陀螺光路，在同等精度的情况下，其光纤长度仅为干涉式的1/10~1/100,尺寸也可以比 激光陀螺更小。
[0004] 然而谐振式光纤陀螺目前依然没有实现量产化，阻碍其向高精度和实用化发展的 主要原因包括非线性Kerr效应，温度所致的应力变化导致的漂移以及随机偏振耦合引起 的偏振非互易性。
[0005] 在激光陀螺中，光束是在真空的谐振腔中传输，因此并不存在上述问题，而干涉式 光纤陀螺可以采用宽谱光源有效抑制Kerr效应和偏振非互易误差。但是在目前的谐振式 光纤陀螺中，却一直缺乏合适的解决办法，因为谐振腔本身是由实芯光纤构成，Kerr效应、 偏振耦合影响和温度敏感性都过大，外加上光源采用窄线宽激光光源，会使得这些问题更 加严重。
【发明内容】
[0006] 为了突破现有谐振式光纤陀螺在工程应用和实用化上的瓶颈，本发明的目的是提 供一种基于空芯光子晶体光纤的谐振式光纤陀螺及应用。
[0007] 本发明基于空芯光子晶体光纤的布拉格散射原理。具体来说，光束不在介质中传 输，而是在空气中传输，从而将环境对光纤的影响限制在极低的范围。
[0008] 本发明的技术方案如下：
[0009] -种谐振式空芯光子晶体光纤陀螺，空芯光子晶体光纤、光纤親合器、光源、A光电 探测器和B光电探测器，光源输出到光纤耦合器，分为顺时针和逆时针两路传输，在空芯光 子晶体光纤中形成振荡回路，一路沿着环路顺时针传播进入A光电探测器，另一路沿着环 路逆时针传播进入到B光电探测器。
[0010] 所述的空芯光子晶体光纤的纤芯为空气或真空，依靠布拉格散射原理传播光束 的。
[0011] 所述的光纤耦合器为3X2光纤耦合器，光源接入口接入光源尾纤，A探测器接入口 接入A光电探测器尾纤，B探测器接入口接入B光电探测器尾纤，A光纤输入口接入空芯光 子晶体光纤的一端，B光纤输入口接入空芯光子晶体光纤的另一端；光纤耦合器内还含有 镀高反膜的耦合镜片，与空芯光子晶体光纤匹配构成谐振腔。
[0012] 所述的光源为窄线宽，高相干性的激光光源。
[0013] 所述的A光电探测器为光纤光谱仪。
[0014] 所述的B光电探测器为光纤光谱仪。
[0015] -种根据所述的谐振式空芯光子晶体光纤陀螺获得环形光路旋转角速度的方法，
[0016] 谐振式光学陀螺谐振频率差与旋转角速度的关系为：
【主权项】
1. 一种谐振式空芯光子晶体光纤陀螺，其特征在于，它包括：空芯光子晶体光纤（I)、 光纤耦合器（2)、光源（3)、A光电探测器（4)和B光电探测器（5)，光源（3)输出到光纤耦 合器（2)，分为顺时针和逆时针两路传输，在空芯光子晶体光纤（1)中形成振荡回路，一路 沿着环路顺时针传播进入A光电探测器（4)，另一路沿着环路逆时针传播进入到B光电探测 器（5)。
2. 根据权利要求1所述的谐振式空芯光子晶体光纤陀螺，其特征在于，所述的空芯光 子晶体光纤（1)的纤芯为空气或真空，依靠布拉格散射原理传播光束的。
3. 根据权利要求1所述的谐振式空芯光子晶体光纤陀螺，其特征在于，光纤耦合器（2) 为3X2光纤耦合器，光源接入口（201)接入光源（1)尾纤，A探测器接入口（202)接入A光 电探测器（4)尾纤，B探测器接入口（203)接入B光电探测器（5)尾纤，A光纤输入口（204) 接入空芯光子晶体光纤（1)的一端，B光纤输入口（205)接入空芯光子晶体光纤（1)的另 一端；光纤親合器（2)内还含有镀高反膜的親合镜片（206)，与空芯光子晶体光纤（1)匹配 构成谐振腔。
4. 根据权利要求1所述的谐振式空芯光子晶体光纤陀螺，其特征在于，所述的光源（3) 为窄线宽，高相干性的激光光源。
5. 根据权利要求1所述的谐振式空芯光子晶体光纤陀螺，其特征在于，所述的A光电探 测器（4)为光纤光谱仪。
6. 根据权利要求1所述的谐振式空芯光子晶体光纤陀螺，其特征在于，所述的B光电探 测器（5)为光纤光谱仪。
7. -种根据权利要求1 - 6任一项所述的谐振式空芯光子晶体光纤陀螺获得环形光路 旋转角速度的方法，其特征在于， 谐振式光学陀螺谐振频率差与旋转角速度的关系为： 4A Av =--Ω AL 式中Δ V为谐振频率差，Ω为旋转角速度，λ为真空中的波长，A为谐振光路所围成 的面积，L为环形光路实际长度。
8. -种根据权利要求1 - 6任一项所述的谐振式空芯光子晶体光纤陀螺在惯性导航领 域的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种谐振式空芯光子晶体光纤谐振陀螺及应用，其由空芯光子晶体光纤、光纤耦合器、光源、A光电探测器和B光电探测器构成；空芯光子晶体光纤与光纤耦合器构成谐振腔，同时光源、A光电探测器和B光电探测器通过尾纤与光纤耦合器相连，构成完整的陀螺光路。相比目前谐振式光纤陀螺，本发明具有结构简单，小型化，环境适应性强的优点。
【IPC分类】G02B6-02, G01C19-72
【公开号】CN104729494
【申请号】CN201510076964
【发明人】陈侃, 王晨歌, 黄腾超, 舒晓武, 刘承
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月12日