[发明专利]光收发器和光纤陀螺仪

说明书

背景技术

光纤陀螺仪用于例如导航系统中。用于要求高精度的惯性导航系统(inertial navigation system，INS)的光纤陀螺仪通常基于波长约为1550nm的非常稳定的超荧光光源。超荧光光源的与温度相关的波长相关性在1550nm处通常为10ppm/℃。通过使用诸如热补偿布拉格光栅等的波长稳定元件可以实现将上述值改善为仅约0.05ppm/℃。

超辐射发光二极管(SLD)是便宜但较为不稳定的半导体光源，并且由于不稳定使得SLD之前无法用于精度要求高的系统中的光纤陀螺仪。SLD的比例因子(scale factor)精度相对较低，这主要是由于SLD的波长不稳定。例如，一方面，SLD的波长与温度密切相关。温度引起的漂移大致为|dδ/dT|＝400ppm/℃。SLD的波长不稳定的另一个原因是半导体源通常具有老化过程，由于该老化过程，随着工作时间的增加，SLD的波长变长并且所输出的功率降低。

DE 10307524A1描述了一种将SLD的光谱发送至为一个或两个光纤布拉格光栅形式的外部波长基准设备以进行稳定的方法。这种方法所需的技术复杂且昂贵。此外，预计会产生额外的光损耗。

US 7,228,022B1描述了包括超辐射光源和温度调节单元的集成式光收发器。光源辐射出的光经由光波导耦合到光纤陀螺仪，并且从光纤陀螺仪提取出的光被发送至检测器。

发明内容

本发明的目的是提供一种经济的光收发器、包括这种收发器的光纤陀螺仪、以及包括这种光纤陀螺仪的导航系统。本发明的另一目的在于提供光收发器的操作方法。

上述目的是通过提供如权利要求1所述的光收发器、如权利要求13所述的光纤陀螺仪、如权利要求14所述的导航系统以及如权利要求15所述的方法来实现的。可以在各个从属权利要求中找到优选的结构。

这种光收发器的结构使得可以使用超辐射发光二极管作为光收发器的光源。光收发器例如可以集成到光纤陀螺仪中，由此可以方便地用于惯性导航系统。

附图说明

下面参考附图更详细地说明本发明的各实施例。重点在于描述并阐释本发明所基于的原理。各个实施例的特征可以相互进行组合，只要这些特征不互斥即可。

下面参考附图更详细地说明本发明。

图1示出根据一个示例实施例的光收发器的一部分的平面示意图。

图2示意性示出根据另一实施例的光收发器的波长传感器装置的特征曲线。

图3示出根据另一示例实施例的包括波长稳定单元的光收发器的简化框图。

图4示意性示出超辐射发光二极管的典型特征曲线。

图5示出根据另一示例实施例的包括光收发器的光纤陀螺仪的简化概况示意图。

具体实施方式

图1示出光收发器10，其中，光收发器10的光学组件和光电组件被配置在支撑件上。根据一个实施例，光收发器10包括具有温度传感器3和热电冷却元件8(TEC，热电冷却器)的温度调节单元。在本实施例中，至少一些光学组件和光电组件可被配置(集成)在TEC 8之上。TEC 8例如是帕尔贴(Peltier)元件，并且可反过来又紧固在如基板18的承载架上，其中，基板18包括硅、二氧化硅、玻璃、陶瓷或塑料、或者包括多层的一种或几种上述材料。根据另一实施例，TEC 8和基板18在空间上彼此分开设置，并且TEC 8经由耦合元件以热导方式连接到基板18或光源1，即耦合元件将TEC 8热耦合到基板18或光源1。光学组件和光电组件可以直接配置或形成在基板18上。TEC 8还可以配置在基板18之下，这样，以一侧是光学组件和光电组件以及另一侧是TEC 8的方式将光学组件和光电组件以及TEC 8配置在基板18的彼此相对的表面上。

光收发器10具有光源1，光源1发出由光收发器10射出的光。第一耦合光学器件5用作光源1所发出的光的准直器，并将光源1所发出的光耦合到分束器6，分束器6将从光源侧射入的光分开照射在例如第二耦合光学器件15和波长传感器7上。分束器6以例如两个方向之间约1∶1的比例分割光源1所发出的光。第二耦合光学器件15将光源1所发出的光的第一部分聚合(focus)在光导件11上，例如聚合到玻璃光纤的入射面上。光源1所发出的光的第二部分在进行准直或者大致进行聚合后照射在波长传感器7上。