一种测量光子带隙光纤陀螺背向次波相干误差的装置及方法

摘要

本发明公开了一种测量光子带隙光纤陀螺背向次波相干误差的装置及方法，属于光纤陀螺技术领域。所述装置在所述集成光学波导的两个输出端分别耦合普通光纤，对应的两个普通光纤尾纤A和普通光纤尾纤B分别在熔点A和熔点B熔接光子带隙光纤A和光子带隙光纤B，在熔点A、熔点B分别产生菲涅尔背向反射波W_A和W_B，在普通光纤尾纤A和光子带隙光纤B中散射点B₁和A₁会产生背向散射波W_A1和W_B1；在状态一通过锁相放大器相干解调得到W_B和W_B1的背向次波强度I_BCS‑B，在状态二得到W_B、W_B1、W_A、W_A1的背向次波强度之和；在次波误差最大时，计算得到陀螺的偏置误差。本发明采用相干检测的方法，测量精度高；实验装置简单，易于实现。

主权项

一种测量光子带隙光纤陀螺背向次波相干误差的方法，其特征在于：基于一种测量光子带隙光纤陀螺背向次波相干误差的装置，光源输出的光经过耦合器和集成光学波导后在熔点A、熔点B分别产生菲涅尔背向反射波W_A和W_B，在普通光纤尾纤A和光子带隙光纤B中由于散射点B₁和A₁的散射同样会产生背向散射波W_A1和W_B1；当散射点A₁和熔点A的光程小于光源的去相干长度时，背向反射波W_A会和背向散射波W_A1发生干涉，同样的，散射点B₁和熔点B的光程差小于光源的去相干长度时，背向反射波W_B会和背向散射波W_B1发生干涉；这两组光的干涉光强如下式所示：其中，I_in为经过集成光学波导后进入普通光纤尾纤A或B时的光强；α_in为背向传输的光到达探测器时的损耗；α_splicing为普通光纤和带隙光纤的熔接损耗；R_A、R_B分别为熔点A、熔点B的反射系数；R_A1、R_B1分别为散射点A₁、散射点B₁的散射系数；是两列次波之间在干涉时由于环境扰动引入的随机相位；由公式(1)，背向次波分为两组，即：I_BSC＝I_BSC‑A+I_BCS‑B                       (2)其中，W_A和W_A1的背向次波强度I_BCS‑A，W_B和W_B1的背向次波强度I_BCS‑B，分别表示为：其中，Ф_m为调制相位，调制相位Ф_m分解为两部分，即阶梯波调制中的方波引起的相位调制Ф_{m_SQ}以及锯齿波引起的相位调制Ф_{m_SA}；测试时先熔接光子带隙光纤B和普通光纤尾纤B，光子带隙光纤A和普通光纤尾纤A分离，记为状态一；此时通过锁相放大器相干解调得到W_B和W_B1的背向次波强度I_BCS‑B；其中，当Ф_{m_SA}变化2π时，锁相放大器输出信号的极差为I_BCS‑B中cos函数系数的两倍，因此得到$\sqrt{R_B{R}_{B1}}=\frac{I_{out-max1}-I_{out-min1}}{2}/\left(2I_{in}{\alpha }_{in}\right)---\left(5\right)$其中，I_out‑max1为状态一下锁相放大器输出信号的最大值，I_out‑min1为状态一下锁相放大器输出信号的最小值；此时，再将光子带隙光纤A和普通光纤尾纤A熔接，记为状态二；通过同样的方法得到W_B和W_B1以及W_A和W_A1的背向次波强度之和；推算出W_A和W_A1的背向次波强度I_BCS‑A的系数，因此得到系数即，$\sqrt{R_A{R}_{A1}}=\frac{(I_{out-max2}-I_{out-min2})-(I_{out-max1}-I_{out-min1})}{2}/\left(2I_{in}{\alpha }_{in}{\alpha }_{splicing}\right)---\left(6\right)$其中I_out‑max2为状态二下锁相放大器输出信号的最大值，I_out‑min2为状态二下锁相放大器输出信号的最小值；在次波误差最大时，陀螺的偏置误差表示为：$BSCError=\frac{{\alpha }_{splicing}\sqrt{R_A{R}_{A1}}+\sqrt{R_B{R}_{B1}}}{\frac{2\pi LD}{\lambda c}*{{\alpha }_{splicing}}^2{\alpha }_{coil}}---\left(7\right)$其中，L为光子带隙光纤陀螺光纤环长度，D为光纤环直径，λ为光源波长，c为光速，α_coil为光纤环损耗；因此，将式(5)和式(6)分别代入式(7)，计算出两对背向次波对陀螺产生误差的大小；所述的一种测量光子带隙光纤陀螺背向次波相干误差的装置，包括光源、探测器、耦合器、集成光学波导、锁相放大器、信号发生器、普通光纤尾纤A、普通光纤尾纤B、光子带隙光纤A和光子带隙光纤B；所述耦合器的两个输入端分别与光源和探测器的尾纤进行熔接，两个输出端中，一个输出端与集成光学波导的尾纤进行熔接，另一个输出端作防止端面反射处理，所述集成光学波导的两个输出端分别耦合普通光纤，对应的两个普通光纤尾纤A和普通光纤尾纤B分别在熔点A和熔点B熔接光子带隙光纤A和光子带隙光纤B，其中，普通光纤尾纤A比普通光纤尾纤B长20mm以上，该两段光纤的长度差大于光源的去相干长度，所述的探测器输出电信号连接锁相放大器，锁相放大器的输出端和集成光学波导之间连接信号发生器。