[发明专利]一种再入式干涉型光纤陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤陀螺仪，尤其涉及一种再入式干涉型光纤陀螺仪，属于光纤通信 领域。

背景技术

陀螺仪是一种能够高精度地检测相对空间转动的装置，现在有很多利用转动带来的物 理效应研究的陀螺仪类型，如机械陀螺仪、光纤陀螺仪、原子陀螺仪等。光纤陀螺仪是一 种结构简单，成本较低，精度高的全固态惯性器件。其在军用和民用领域有着广泛的应用， 如战术武器指导、航天定向导航，汽车导航仪，机器人控制等。

光纤陀螺仪的基本原理是基于萨格奈克(sagnac)效应，这是一种相对论效应。简单地 说，在一任意形状的闭合光学环路中，从其中任意一点出发，向环路中相对的两个方向发 出的光，分别沿环路顺时针和逆时针方向传播。环路在相对空间有转动角速度的时候，两 个不同方向的光再回到源点时经过的路径或时间是不同的，表现在光波函数上，有一定的 相位差。这种现象称为萨格奈克效应。相位差与旋转角速度有关系，会带来干涉效应，从 而能够通过测量干涉效应来推导旋转的速度。

旋转引起的两路光的相对相位变化称为萨格奈克相移，理论上推导得：

φs=2πLDλ‾cΩ---(1)]]>

式中，L为光纤线圈长度，D为光纤线圈直径，λ为信号光的中心波长，c为真空中的 光速，Ω为系统转动角速度。由公式(1)可以看出，萨格奈克效应及其相移φ_s大小与介 质的折射率无关，且与环长L成正比。

在传统的光纤陀螺方案中，如图1中的最小互易性结构，光纤环中只存在单一的光路 径，信号光由光纤环输入端进入后，经过环路后，直接从输出端出来。由于按照公式(1)， 萨格奈克相移与环长L成比例。要获取较大萨格奈克相移，需要很长的光纤。为了解决此 问题，研究人员提出了无源再入式光纤陀螺仪，但是由于其采用普通耦合器，使得有效环 长路径并没有太大的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种再入式干涉型光纤陀螺仪。本发明的光纤陀螺仪在信号进 入环的入口处采用特殊的偏振合束/分束器，并在环中加一段有一定角度熔接的保偏光纤， 实现了信号光多进少出的效果，从而有效提高了信号光传播路径，增强了萨格奈克效应。 从而在同样光纤环长度下，提高了测量精度。本发明提出的再入式干涉型光纤陀螺仪可以 使光纤环的有效长度L_eff增加到多倍于环长L的程度，相应比例地提高了萨格奈克效应及 其相移，从而更容易和准确地检测物体的转动速度。

本发明的技术方案为：

一种再入式干涉型光纤陀螺仪，其特征在于包括宽带光源、2×2耦合器、偏振起偏器、 探测器、2×2保偏耦合器、相位调制器、两保偏/旋转合/分束器、保偏光纤环；

所述宽带光源的输出端和所述探测器的接收端分别与所述2×2耦合器同一侧的两 端口光纤连接；

所述2×2耦合器的另一侧一端口与所述偏振起偏器光纤连接，且所述偏振起偏器 与所述2×2保偏耦合器一侧的一端口光纤对轴连接；

所述2×2保偏耦合器另一侧的一端口与一所述保偏/旋转合/分束器的一分束端口 光纤对轴连接，且所述2×2保偏耦合器该侧的另一端口经所述相位调制器与另一所述 保偏/旋转合/分束器的一分束端口光纤对轴连接；

两所述保偏/旋转合/分束器的合束端口分别与所述保偏光纤环的两端口光纤对轴 连接；

所述保偏光纤环中连接有一段保偏光纤，该段保偏光纤两端的快慢轴与所述保偏 光纤环的快慢轴分别具有设定的偏角；

两所述保偏/旋转合/分束器的另一分束端口之间光纤对轴连接。

进一步的，所述保偏光纤环的正中位置连接有该段保偏光纤。