[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

说明书

本发明提供了一种基于量子弱测量实现的保模光纤偏振光地震陀螺仪，包括：发光二极管、高斯滤波片、半反半透镜、第一偏振控制器、偏振分束器、SOLEIL‑BABINET补偿器、第二自准直透镜、第一自准直透镜、保偏光纤环、第二偏振控制器、第一光谱仪、第二光谱仪、AD采集模块、FPGA数据处理模块、DA转换模块和LED显示屏显示和USB储存模块；经过AD采集模块采集后传入到FPGA数据处理模块，进而经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。本发明的有益效果是：使得基于频率域的光谱测量具有更高的信噪比和灵敏度。

技术领域

本发明涉及地震陀螺仪领域，尤其涉及一种基于量子弱测量实现的保模光纤偏振光地震陀螺仪。

背景技术

随着地震学的不断发展以及测量技术的不断提高，一门新兴的交叉学科-旋转地震学成为地震研究学者关注的重点。旋转地震学是全面研究由地震、爆破和环境振动引起的地面旋转运动的一个新兴学科。通过对平移运动和旋转运动的联合观测和解释，对于强地面运动地震学、宽频带地震学、地震工程学、地震物理学、地震仪表设备、地震灾害、地震构造的研究具有重要意义。

近10多年来，美国、意大利、英国、德国等国家开展了旋转地震学研究。首届旋转地震学与工程应用国际专题研讨会于2007年九月在美国加州门洛帕克举行。例如位于德国天文台(the geodetic observatory Wettzell,SE-Germany)的4×4m环形激光陀螺仪已经投入到旋转地震波的测量和学术研究中，并且在国际地学期刊发表了大量论文。

在中国大陆，旋转地震观测被列入“国家地震科技发展纲要”，还处在起步阶段。特别是高精度的地震便携式陀螺仪的研究还在试验阶段。

传统的地震陀螺仪(如光纤陀螺和激光陀螺)，其测量原理都是基于Sagnac效应，测量的光强相位的变化容易受到光源的光子涨落、功率涨落、非互异性以及光纤长度的影响。

随着量子信息技术的蓬勃发展，基于量子弱测量的放大小信号的测量技术已经了广泛的应用，但是现有技术的研究中，不满足微弱的地震波的测量装置的要求。

发明内容

为了解决上述问题，结合弱测量的原理和传统的光纤陀螺仪，本发明提供了一种基于量子弱测量实现的保模光纤偏振光地震陀螺仪，基于量子弱测量实现现的高精度保模光纤地震陀螺仪和旋转地震学中对微弱地震波的便携测量，主要包括：发光二极管、高斯滤波片、半反半透镜、第一偏振控制器、偏振分束器、SOLEIL-BABINET补偿器、第二自准直透镜、第一自准直透镜、保偏光纤环、第二偏振控制器、第一光谱仪、第二光谱仪、AD采集模块、FPGA数据处理模块和DA转换模块。

所述发光二极管发射的光源经过高斯滤波片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把光束分为反射光和透射光；所述放射光入射到第一光谱仪，然后经过AD采集模块传入到FPGA数据处理模块；所述透射光经过第一偏振控制器对该透射光进行前选择处理，然后经过偏振分束器将经过第一偏振控制器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；所述偏振光V依次经过第一自准直透镜、保偏光纤环、第二自准直透镜、SOLEIL-BABINET补偿器顺时针传播，同时所述偏振光H依次经过SOLEIL-BABINET补偿器、第二自准直透镜、保偏光纤环和第一自准直透镜逆时针传播，最后两束偏振光经过偏振分束器合成一束总偏振光；经过偏振分束器合成的总偏振光通过第二偏振控制器对该合成的总偏振光进行后选择处理，然后将后选择处理后的偏振光入射到第二光谱仪，经过AD采集模块采集后传入到FPGA数据处理模块，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。

进一步地，所述发光二极管为超辐射发光二极管，用于产生较高强度的光源。