一種保偏光子晶體光纖陀螺及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光纖陀螺領域，更具體地，涉及一種采用保偏光子晶體光纖作為敏感環的光纖陀螺光路。
【背景技術】
[0002]光纖陀螺是一種基于Sagnac效應的慣性儀表。因其具有體積小、重量輕、精度范圍廣，無運動部件等優點，在陸、海、空、天等各領域獲得了廣泛的應用。陀螺光路作為Sagnac效應的敏感和檢測部分，是光纖陀螺的核心部件。
[0003]光子晶體光纖因具有抗輻射性能好、溫度穩定性高、彎曲性能好等特殊的優點在光纖陀螺光路中具有很大的應用潛力。特別是采用光子晶體光纖繞制光纖環有利于提高光纖陀螺的溫度穩定性、抗輻照等性能。
[0004]2008年，浙江大學黃騰超等提出了一種全光子晶體光纖陀螺，全部光路采用光子晶體光纖連接，光纖環采用雙芯光子晶體光纖繞制，有效地降低了光纖陀螺隨機游走噪聲，提高了光纖陀螺的溫度性能。北京航空航天大學楊遠洪等提出了一種空心光子晶體光纖陀螺，采用空心光子晶體光纖繞制了空心光纖諧振環，實現了陀螺儀表的功能，且具有體積小、抗輻射能力高等優勢。2013年，哈爾濱工業大學李緒友等提出了一種保偏光子晶體光纖陀螺器件，采用正五邊形三層空氣孔細徑保偏光子晶體光纖繞制光纖環，提高了陀螺的溫度穩定性。2014年北京航天時代光電科技有限公司張志鑫等提出了一種基于光子晶體光纖的新型光纖陀螺干涉光路，光子晶體光纖和Y波導集成光學器件均采用折射率到引型光子晶體光纖，具有溫度穩定性好、磁場靈敏度低、抗輻照等優點。
[0005]以上發明都重點關注了光子晶體光纖本身具有的溫度穩定性好、抗輻照性能好、耐彎曲等特點在光纖陀螺光路中對提高陀螺性能的優勢，而沒有關注保偏光子晶體光纖偏振特性與普通應力雙折射保偏光纖的差異。普通應力雙折射保偏光纖，如熊貓型保偏光纖、領結型保偏光纖，通過在纖芯兩邊設置兩個應力區來實現保偏功能，沿應力區方向為慢軸。而雙大孔型保偏光子晶體光纖通過在纖芯兩側設計兩個大空氣孔來實現保偏功能。沿空氣孔軸線方向為快軸。如果應力區軸向與空氣孔軸向0°對軸熔接，則陀螺有用信號將一部分在光纖的快軸中傳輸，一部分在慢軸中傳輸，易于引起光路中的誤差信號與傳感信號相干，在陀螺中引起偏振誤差，影響光纖陀螺的零偏穩定性。本發明提出了Y波導保偏尾纖應力軸與光子晶體光纖空氣孔軸90°對軸熔接，且對整個光路的偏振特性進行了設計，有利于提高光子晶體光纖陀螺的零偏穩定性。光子晶體光纖陀螺相關的已有發明為了體現光子晶體光纖的優勢，大部分都盡量在光路各部分采用光子晶體光纖，但除光纖環以外的部分采用光子晶體光纖并未見明顯優勢，且制作復雜，難以開展工程應用。本發明除光纖環以外均采用成熟器件，有利于降低研制成本和開發周期，發揮光子晶體光纖陀螺的優勢。
【發明內容】
[0006]針對現有技術中存在光纖陀螺的零偏穩定性的問題，本發明提供了一種保偏光子晶體光纖陀螺，其目的在于提高零偏穩定性以及發揮光子晶體光纖陀螺的優勢，由此解決了以上的技術問題。
[0007]為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種保偏光子晶體光纖陀螺，其特征在于，所述光纖陀螺包括:寬譜光源、保偏光纖耦合器、Y波導、保偏光子晶體光纖環以及探測器；
[0008]所述寬譜光源的保偏尾纖與所述保偏光纖耦合器的第一端0°對軸熔接；
[0009]所述Y波導包括輸入保偏尾纖和兩個輸出保偏尾纖，所述輸入保偏尾纖和所述輸出保偏尾纖的快軸與所述Y波導TE模0°對軸熔接；
[0010]所述輸入保偏尾纖與所述保偏耦合器的第二端0°對軸熔接；
[0011]所述保偏光子晶體光纖環的兩個尾纖大空氣孔軸線與所述Y波導的兩個所述輸出保偏尾纖應力軸90°對軸熔接；
[0012]所述保偏光纖耦合器的第三端與所述探測器尾纖熔接，所述探測器實現陀螺干涉信號的檢測。
[0013]優選地，所述光子晶體光纖環米用短軸模場直徑為5.5?6.5μηι的大雙孔保偏光子晶體光纖繞制光纖環；
[0014]優選地，所述寬譜光源為SLD光源或SFS光源。
[0015]總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，具備以下有益效果:
[0016](I)考慮到光子晶體光纖與應力致雙折射原理的保偏光子晶體光纖快慢軸的差異，使有用光信號在陀螺光路中始終在快軸傳輸。有利于減小光子晶體光纖陀螺的偏振誤差，提尚陀螺的零偏穩定性；
[0017](2)使光子晶體光纖環中短軸的模場直徑與應力雙折射保偏光纖的模場匹配，降低光纖環與Y波導的熔接損耗，減小光路中光功率的損失，有利于減小陀螺的隨機游走系數；
[0018](3)充分利用成熟的應力雙折射光纖器件，降低研制難度和制作成本。
【附圖說明】
[0019]圖1是保偏光子晶體光纖陀螺光路示意圖；
[0020]圖2是應力雙折射原理保偏光纖軸向示意圖；
[0021]圖3是雙大孔結構保偏光子晶體光纖軸向示意圖。
【具體實施方式】
[0022]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0023]如圖1所示，一種保偏光子晶體光纖陀螺光路，包括保偏光纖耦合器2、與保偏光纖耦合器的第一端(2-1)熔接且尾纖為保偏光纖的寬譜光源1、輸入端保偏尾纖(3-1)與保偏光纖耦合器第二端(2-2)熔接的Y波導3、與Y波導輸出尾纖(3-2、3-3)熔接的保偏光子晶體光纖環4、以及與保偏光纖耦合器的第三端(2-3)熔接的探測器5; Y波導3在陀螺光路中有起偏、分光、相位調制三大作用;輸入端有一根保偏尾纖(3-1)、輸出端有兩根保偏尾纖(3-2和3-3)，且尾纖均為應力雙折射型保偏光纖，各尾纖與Y波導芯片的耦合點(C1、C2和C3)均要求尾纖快軸與Y波導TE模0°對軸耦合。
[0024]寬譜光源保偏尾纖與快軸工作保偏光纖耦合器的第一端熔接，保偏光纖耦合器第二端與Y波導保偏輸入尾纖熔接，Y波導三段保偏尾纖快軸與波導芯片TE傳輸模0°對軸耦合，以上措施保證有用光信號在除光纖環以外的部分始終在快軸傳輸。因Y波導輸出尾纖為應力致雙折射光纖，如圖2所示，其快軸與應力軸垂直。而雙大空氣孔結構保偏光子晶體光纖快軸與兩大空氣孔軸線平行，如圖3所示。為保證有用光信號的全快軸傳輸，Y波導輸出尾纖應力軸向與光子晶體光纖大空氣孔軸向90°對軸熔接。因此，本光子晶體光纖陀螺光路能夠實現有用信號的全快軸傳輸。本發明的具體實施步驟為:
[0025](I)選取保偏尾纖寬譜光源。寬譜光源為SLD光源或SFS光源，對于SLD光源，要求保偏尾纖偏振主軸與SLD光源偏振主軸對齊。
[0026](2)制作工作于快軸的保偏光纖耦合器，要求在其工作波長范圍內從耦合器任意一端輸入的偏振方向與快軸平行的光信號實現50:50左右的分光比。
[0027](3)將寬譜光源保偏尾纖與保偏光纖耦合器第一端0°對軸熔接。
[0028](4)選用尾纖為保偏光纖的Y波導，要求保偏尾纖的快軸，即與應力軸垂直的軸向與Y波導TE模0°對軸耦合。
[0029](5)將Y波導輸入尾纖與保偏光纖耦合器的第二端0°對軸熔接。
[°03°] (6)米用短軸模場直徑為5.5?6.5μηι的大雙孔保偏光子晶體光纖繞制光纖環，光纖環兩段尾纖與Y波導兩段輸出尾纖熔接，要求光子晶體光纖大空氣孔軸線與Y波導尾纖應力軸90°對軸熔接。
[0031](7)將保偏光纖耦合器第三端與探測器尾纖熔接，由探測器實現陀螺干涉信號的檢測。
[0032]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種保偏光子晶體光纖陀螺，其特征在于，所述光纖陀螺包括:寬譜光源、保偏光纖耦合器、Y波導、保偏光子晶體光纖環以及探測器； 所述寬譜光源的保偏尾纖與所述保偏光纖耦合器的第一端0°對軸熔接； 所述Y波導包括輸入保偏尾纖和兩個輸出保偏尾纖，所述輸入保偏尾纖和所述輸出保偏尾纖的快軸與所述Y波導TE模0°對軸熔接； 所述輸入保偏尾纖與所述保偏耦合器的第二端0°對軸熔接； 所述保偏光子晶體光纖環的兩個尾纖大空氣孔軸線與所述Y波導的兩個所述輸出保偏尾纖應力軸90°對軸熔接； 所述保偏光纖耦合器的第三端與所述探測器尾纖熔接，所述探測器實現陀螺干涉信號的檢測。2.如權利要求1所述的光纖陀螺，其特征在于，所述光子晶體光纖環采用短軸模場直徑為5.5μηι-6.5μηι的大雙孔保偏光子晶體光纖繞制光纖環。3.如權利要求1所述的光纖陀螺，其特征在于，所述寬譜光源為SLD光源或SFS光源。
【專利摘要】本發明公開了一種保偏光子晶體光纖陀螺光路，包括保偏光纖耦合器、寬譜光源、Y波導、與Y波導輸出尾纖熔接的保偏光子晶體光纖環、以及探測器；其特征在于保偏光纖耦合器工作于保偏光纖快軸，Y波導尾纖為應力雙折射型保偏光纖且光纖快軸與Y波導TE模0°對軸熔接，保偏光子晶體光纖環采用雙大孔型保偏光子晶體光纖繞制，且雙大孔軸向與應力雙折射型保偏尾纖應力軸向90°對軸熔接，保證陀螺光路有用信號全部在快軸中傳輸。該光子晶體光纖陀螺光路除具有光子晶體光纖陀螺都具備的溫度敏感度低、抗輻照等優點外，還有效地抑制了陀螺偏振誤差，有利于提高光纖陀螺的零偏穩定性。
【IPC分類】G01C19/72, G01C25/00
【公開號】CN105444750
【申請號】CN201510853161
【發明人】王學勤, 彭志強, 李亮, 郭禮芹
【申請人】湖北三江航天紅峰控制有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月27日