[发明专利]一种光纤环分布式偏振串扰双向同时测量装置及方法

说明书

本发明提出一种光纤环分布式偏振串扰双向同时测量装置，解决了现有对光纤环进行双向测量的方法容易引起测量误差的问题，通过光源模块产生输出光并注入到待测光纤环模块中，输出光在待测光纤环模块均分，形成正向及反向输入光，正向及反向输入光进入光纤环发生偏振模式耦合，形成正向及反向耦合光，正向输入光、正向耦合光、反向输入光及反向耦合光传输至双解调干涉模块中同时进行干涉，实现光纤环内同一几何空间点的双向同时测量；双解调干涉模块设有一个用于光程扫描补偿的共用扫描位移台，避免传统多个扫描位移台在扫描过程中由振动、温度等原因引入的测量误差，使得正反向测试结果差异小，且几乎不受外界环境的影响。

技术领域

本发明涉及光学测量的技术领域，更具体地，涉及一种光纤环分布式偏振串扰双向同时测量装置及方法。

背景技术

随着计算机、微电子和光纤技术的发展和应用，光纤陀螺仪将取代激光陀螺仪、机械陀螺仪，成为新一代应用广泛的陀螺仪。光纤陀螺仪由Y波导、光纤环、光源、光电探测器组成，其中光纤环是光纤陀螺仪的重要组成部分，其绕制工艺、性能参数、稳定性、可靠性及互易性的优劣将直接影响到光纤陀螺仪的质量和性能。

由Sagnac效应可知：在光纤陀螺仪中，光束分别从正向和反向进入光纤环；当光纤陀螺仪旋转时，正向传输和反向传输的光之间将产生一个与旋转角速率相关的相移，称为非互易相移；正向传输的光和反向传输的光经过光纤环后，在Y波导处汇合发生干涉，通过光电探测器测出由旋转产生的非互易相移，实现对角度的测量。如果光纤环的互易性(对称性)较差，光纤陀螺仪的测量精度也会受到很严重的影响，因此，实现光纤环对称性的测试与评估，并由此改进绕环工艺，提高光纤环的互易性对光纤陀螺仪的研究与生产意义重大。

关于光纤环互易性的检测与评估，传统通过测量背向散射光，分析温度、应力等环境因素下光纤环的动态响应，实现对光纤环对称性的理论计算和定性分析；但是这些方法并没有直接测量光纤环的偏振特性，无法直观、准确的分析光纤环内部换层、换匝等骨架结构，也无法定量分析光纤环偏振串扰对光纤陀螺的影响。自从基于白光干涉的光学相干域偏振测量技术(OCDP)提出以来，经历了30年的发展，已经可以实现高精度、高分辨率、大动态范围的分布式偏振耦合测量。哈尔滨工程大学在2011年12月21日的中国专利中公开了一种提高保偏光纤偏振耦合测量精度和对称性的装置与方法(公布号：CN102288388A)，通过在OCDP系统中加入光信号可控换向机构，实现待测光纤环的双向测量，非常方便快捷，但光信号可控换向机构一次只能对一个方向进行测试，无法避免两次测量时因温度等环境参数不一致带来的影响；而且该专利所提到的可控换向机构由四个光开关组成，光开关的消光比会在环内引入四个20dB左右的一阶峰以及若干个三阶峰，在环内引入若干伪干涉峰，引起测量误差；2017年2月22日，哈尔滨工程大学公开了一种光纤陀螺环偏振耦合的对称性评估装置(公布号：CN106441354A)，此专利利用环形器和耦合器，同时将光信号双向注入待测光纤环，采用两套解调干涉仪对信号进行调制解调，实现光纤环的双向同时测量，但正向和反向测量时，光经过的器件和光路径存在差异，尤其是双向测量时检偏器不一致，直接导致正向和反向偏振耦合测量结果的差异；2017年10月24日，哈尔滨工程大学公开了一种共光路的光纤环正反向同时测量装置(公布号：CN107289922A)，该发明利用共光路的结构，同时将光信号双向注入待测光纤环，采用一套干涉光路对信号进行解调，对解调干涉仪部分进行了改进，但是该专利的技术方案中，依然采用了检偏器，上述问题依然没有得到根本性的解决。

发明内容

为解决现有对光纤环进行双向测量的方法容易引起测量误差的问题，本发明提出一种基于偏振分束器的光纤环分布式串扰双向测量装置及方法，实现光纤环的双向同时测量，对光纤环的互易性测量、评估，甚至优化光纤环绕制工艺具有重大意义。

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：