[发明专利]基于量子弱测量实现的保模光纤偏振光地震陀螺仪

权利要求书

1.一种基于量子弱测量实现的保模光纤偏振光地震陀螺仪，其特征在于：包括：发光二极管(1)、高斯滤波片(2)、半反半透镜(3)、第一偏振控制器(4)、偏振分束器(5)、SOLEIL-BABINET补偿器(6)、第二自准直透镜(7)、第一自准直透镜(8)、保偏光纤环(9)、第二偏振控制器(10)、第一光谱仪(11)、第二光谱仪(12)、AD采集模块(13)、FPGA数据处理模块(14)、DA转换模块(15)、LED显示屏显示和USB储存模块(16)，所述LED显示屏显示和USB储存模块(16)用于显示和储存该精度保模光纤偏振光地震陀螺仪监测到的结果，所述SOLEIL-BABINET补偿器(6)用于补偿保偏光纤环(9)由于双折射效应所引起的相位差；所述第一自准直透镜(8)和第二自准直透镜(7)用于实现自由光路与光纤的连接；所述保偏光纤环(9)在偏振光传输过程中保持该偏振光的偏振度，用环氧树脂固定在地震陀螺仪上；所述偏振分束器(5)、SOLEIL-BABINET补偿器(6)、第二自准直透镜(7)、第一自准直透镜(8)和保偏光纤环(9)组成保偏光纤环光路模块，该保偏光纤环光路模块用于将地震陀螺仪的角速度信息耦合在其指针上；所述第二偏振控制器(10)、第一光谱仪(11)和第二光谱仪(12)组成激光接收模块，该激光接收模块用于将测得的光谱实时地传送到FPGA数据处理模块(14)；

所述发光二极管(1)发射的光源经过高斯滤波片(2)后形成具有一定带宽的高斯光谱，然后该高斯光谱通过半反半透镜(3)把光束分为反射光和透射光；所述反射光入射到第一光谱仪(11)，然后经过AD采集模块(13)传入到FPGA数据处理模块(14)；所述透射光经过第一偏振控制器(4)进行前选择处理，然后经过偏振分束器(5)将经过第一偏振控制器(4)得到的偏振光分成沿竖直方向偏振的偏振光V和沿水平方向偏振的偏振光H；所述发光二极管(1)、高斯滤波片(2)、半反半透镜(3)和第一偏振控制器(4)组成激光产生模块，该激光产生模块用于产生高强度的光源，并且由高斯滤光片(2)得到具有一定带宽的高斯光谱，最后经过半反半透镜(3)和第一偏振控制器(4)的调节得到特定偏振角的偏振光，此过程即为弱测量的前选择；

偏振光经过前选择后变为：

|φ_i＝sin(α)|H+cos(α)|V；

所述偏振光V依次经过第一自准直透镜(8)、保偏光纤环(9)、第二自准直透镜(7)、SOLEIL-BABINET补偿器(6)顺时针传播，同时所述偏振光H依次经过SOLEIL-BABINET补偿器(6)、第二自准直透镜(7)、保偏光纤环(9)和第一自准直透镜(8)逆时针传播，最后两束偏振光经过偏振分束器(5)合成一束总偏振光；该总偏振光通过第二偏振控制器(10)进行后选择处理，然后将后选择处理后的偏振光入射到第二光谱仪(12)，经过AD采集模块(13)采集后传入到FPGA数据处理模块(14)，进而将处理后得到的光谱与初始光谱进行比较，计算得到中心波长的移动，进而得到中心波长的移动与地震陀螺仪旋转角速度的关系，实现通过弱测量检测到高精度保模光纤偏振光的目的；

经过弱耦合和后选择后，偏振光变为：

所述的是Sagnac效应引起的相位差：

其中，c是真空中的光速，λ₀是真空中初始光谱的中心波长，N是光纤环的匝数，S是保偏光纤环(9)绕制的面积，Ω表示待测角速度；

所述FPGA数据处理模块(14)，用于对光谱仪采集的光谱实时地采样、处理及高斯拟合，得到中心波长的移动，进而根据弱测量原理得到中心波长的移动与待测角速度的关系：

其中，δλ₀表示中心波长的移动，α为偏振光经过第一偏振控制器后的偏振方向与竖直方向的夹角，β为合成的偏振光束经过第二偏振控制器后的偏振方向与水平方向的夹角，Im()表示虚部，i表示虚数单位，是Sagnac效应引起的相位差，c是真空中的光速，λ₀是初始光谱的中心波长，N是保偏光纤环(9)的匝数，S是保偏光纤环(9)绕制的面积，Ω表示待测角速度，Δλ为初始光谱的带宽。

2.如权利要求1所述的一种基于量子弱测量实现的保模光纤偏振光地震陀螺仪，其特征在于：所述发光二极管(1)为超辐射发光二极管。