基于光纖光柵的自反射式光纖陀螺的制作方法

本發明涉及光纖陀螺的技術領域，具體涉及一種基于光纖光柵的自反射式光纖陀螺。

背景技術：

1976年，美國Utah大學的V.Vali和R.W.Shorthill成功研制了第一個光纖陀螺，光纖陀螺一問世就以其啟動快、壽命長、功耗低、體積小等優點，引起了廣泛的關注，并獲得了迅速地發展。光纖陀螺的工作原理基于Sagnac效應，即光波在傳輸過程中，由于相對慣性空間的轉動，會產生額外的相位。對于傳統的干涉式光纖陀螺，其光源輸出后需要進行分束，以便同時引入兩束相向傳輸的光波，由于相對慣性空間的轉動，使兩束光在傳輸過程中相位變化不同，通過檢測兩束光干涉光強度變化，獲得轉動速度大小，由于兩束光傳輸路徑相同，無法避免兩束光間的相互干擾，從而引入大量光噪聲；另一方面，為了在轉動速度接近于0時，獲得最大的靈敏度，需要利用相位調制裝置，使發生干涉的兩束光形成π/2相位差，這些相位調制裝置增加了陀螺結構的復雜性。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服目前干涉式光纖陀螺結構復雜、光噪聲高的問題，提出了一種基于光纖光柵的自反射式光纖陀螺。

本發明的目的是這樣實現的：一種基于光纖光柵的自反射式光纖陀螺，包括激光器、偏振控制器、隔離器、第一光纖耦合器、光纖環、第二光纖耦合器、光纖光柵、第三光纖耦合器、探測器和信號處理及輸出系統；

所述的激光器的光輸出端連接偏振控制器的光輸入端，偏振控制器的光輸出端連接隔離器的光輸入端，隔離器的光輸出端連接第一光纖耦合器的光輸入端，第一光纖耦合器的第一光輸出端連接第三光纖耦合器的第一光輸入端，第一光纖耦合器的第二光輸出端連接光纖環的光輸入端，光纖環的光輸出端連接第二光纖耦合器的光輸入端，第二光纖耦合器的光輸入輸出端連接光纖光柵的光輸入輸出端，第二光纖耦合器的光輸出端連接第三光纖耦合器的第二光輸入端，第三光纖耦合器的光輸出端連接探測器的光輸入端，探測器的電信號輸出端連接信號處理及輸出系統的電信號輸入端，信號處理及輸出系統的電信號輸出端輸出陀螺輸出信號；

所述的光纖光柵為反射式光纖光柵，其反射光中心頻率的反射率為2/3，其反射光中心頻率的反射相位躍變為π/2；所述的激光器為窄帶寬光源，其輸出光中心頻率與光纖光柵的反射光中心頻率相同。

本發明還具有如下技術特征：

1、所述的第一光纖耦合器的第一光輸出端與第二光輸出端間的耦合比為10:90；所述的第二光纖耦合器的光輸入端與光輸出端間的耦合比為50:50；所述的第三光纖耦合器的第一光輸入端與第二光輸入端間的耦合比為60:40。

2、所述的光纖環的光纖長度遠大于第一光纖耦合器、第二光纖耦合器、第三光纖耦合器各端口的光纖長度。

本發明不存在相位調制裝置，結構簡單，利用光纖光柵使發生干涉的兩束光形成π/2相位差，同時，利用光纖光柵構造的光纖干涉結構，使發生干涉的兩束光具有不同的傳輸路徑，避免了兩束光間的相互干擾。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構示意圖，

圖2是圖1中信號處理及輸出系統的電路結構示意圖。

具體實施方式

下面根據說明書附圖舉例對本發明做進一步解釋：

實施例1

如圖1所示，一種基于光纖光柵的自反射式光纖陀螺，包括激光器1、偏振控制器2、隔離器3、第一光纖耦合器4、光纖環5、第二光纖耦合器6、光纖光柵7、第三光纖耦合器8、探測器9、信號處理及輸出系統10；

所述的激光器1的光輸出端連接偏振控制器2的光輸入端，偏振控制器2的光輸出端連接隔離器3的光輸入端，隔離器3的光輸出端連接第一光纖耦合器4的光輸入端，第一光纖耦合器4的第一光輸出端連接第三光纖耦合器8的第一光輸入端，第一光纖耦合器4的第二光輸出端連接光纖環5的光輸入端，光纖環5的光輸出端連接第二光纖耦合器6的光輸入端，第二光纖耦合器6的光輸入輸出端連接光纖光柵7的光輸入輸出端，第二光纖耦合器6的光輸出端連接第三光纖耦合器8的第二光輸入端，第三光纖耦合器8的光輸出端連接探測器9的光輸入端，探測器9的電信號輸出端連接信號處理及輸出系統10的電信號輸入端，信號處理及輸出系統10的電信號輸出端輸出陀螺輸出信號；

所述的光纖光柵7為反射式光纖光柵，其反射光中心頻率的反射率為2/3，其反射光中心頻率的反射相位躍變為π/2；其反射光中心頻率的反射相位躍變為π/2，是為了使兩干涉光形成π/2相位差。

所述的激光器1為窄帶寬光源，其輸出光中心頻率與光纖光柵7的反射光中心頻率相同，激光才能被光纖光柵反射。

所述的第一光纖耦合器4的第一光輸出端與第二光輸出端間的耦合比為10:90；所述的第二光纖耦合器6的光輸入端與光輸出端間的耦合比為50:50；所述的第三光纖耦合器8的第一光輸入端與第二光輸入端間的耦合比為60:40；結合光纖光柵7的反射光中心頻率的反射率為2/3，可保證兩干涉光的強度相同；

所述的光纖環5的光纖長度遠大于第一光纖耦合器4、第二光纖耦合器6、第三光纖耦合器8各端口的光纖長度；是為了保證光纖環內有轉動產生的相位變化。

所述的光纖環5為光纖繞制的空心線圈。

如圖2所示，信號處理及輸出系統10包括低通濾波電路10-1、放大電路10-2和采樣輸出電路10-3；

探測器9的電信號輸出端連接低通濾波電路10-1的電信號輸入端，低通濾波電路10-1的電信號輸出端連接放大電路10-2的電信號輸入端，放大電路10-2的電信號輸出端連接采樣輸出電路10-3的電信號輸入端，采樣輸出電路10-3的電信號輸出端輸出陀螺輸出信號。

本實施例的工作原理：激光器1的輸出光進入偏振控制器2，偏振控制器2選擇光的偏振態，偏振控制器2的輸出光進入隔離器3，隔離器3用以阻隔反向傳輸的光，隔離器3的輸出光進入第一光纖耦合器4后分為兩束光，第一束光進入第三光纖耦合器8；第二束光進入光纖環5，第二束光在光纖環5中傳輸時，由于相對慣性空間的轉動，會產生額外的相位，因此第二束光的相位攜帶了轉動速度信息，然后，第二束光經第二光纖耦合器6進入光纖光柵7，被光纖光柵7反射進入第二光纖耦合器6，由第二光纖耦合器6輸出后進入第三光纖耦合器8；由于第一光纖耦合器4的第一光輸出端與第二光輸出端間的耦合比為10:90、第二光纖耦合器6的光輸入端與光輸出端間的耦合比為50:50、第三光纖耦合器8的第一光輸入端與第二光輸入端間的耦合比為60:40、光纖光柵7的反射率為2/3，因此第一束光與第二束光的強度相同，第一束光與第二束光在第三光纖耦合器8的光輸出端相遇并發生干涉，產生干涉光，由于第一束光與第二束光的傳輸路徑不同，因此這兩束光在傳播過程中的相位變化也不同，且第二束光的相位攜帶了轉動速度信息，通過檢測這兩束光干涉光強度確定第二束光的相位，進而確定轉動速度，這兩束光的干涉光由第三光纖耦合器8輸出后，進入探測器9，探測器9的輸出電信號進入信號處理及輸出系統10，信號處理及輸出系統10對此電信號進行處理，獲得轉動速度，并將轉動速度對應的直流電壓信號作為陀螺輸出信號輸出。

信號處理及輸出系統10的工作原理：探測器9的輸出電信號進入低通濾波電路10-1，在低通濾波電路10-1中進行濾波后，進入放大電路10-2進行信號放大，然后進入采樣輸出電路10-3，采樣輸出電路10-3采集信號強度，獲得轉動速度，并將轉動速度對應的直流電壓信號作為陀螺輸出信號輸出。