專利名稱：一種基于半導體光放大器的高靈敏度光纖陀螺儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及光電子技術，具體說就是一種基于半導體光放大器的高靈敏度光纖陀螺儀。
(二)
背景技術：
陀螺儀原理是運用物體高速旋轉時角動量很大，旋轉軸會一直穩定指向一個方向 的性質制造出來的定向儀器。傳統的慣性陀螺儀主要是指機械式的陀螺儀，機械式的陀螺 儀對工藝結構的要求很高，結構復雜，它的精度受到了很多方面的制約。自從上個世紀七十 年代以來，現代陀螺儀的發展已經進入了一個全新的階段。Vali等提出了現代光纖陀螺儀 的基本設想，到八十年代以后，現代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發展，由于光纖陀螺儀 具有結構緊湊，靈敏度高，工作可靠等優點，所以目前光纖陀螺儀在很多領域已經完全取代 了機械式傳統陀螺儀，成為現代導航儀器中的關鍵部件。現代光纖陀螺儀包括干涉式陀螺 儀和諧振式陀螺儀兩種，它們都是根據塞格尼克的理論發展起來的。塞格尼克理論的要點 是這樣的當光束在一個環形的通道中前進時，如果環形通道本身具有一個轉動速度，那么 光線沿著通道轉動的方向前進所需要的時間要比沿著這個通道轉動相反的方向前進所需 要的時間要多。也就是說當光學環路轉動時，在不同的前進方向上，光學環路的光程相對于 環路在靜止時的光程都會產生變化。利用這種光程的變化，如果使不同方向上前進的光之 間產生干涉來測量環路的轉動速度，這樣就可以制造出干涉式光纖陀螺儀，如果利用這種 環路光程的變化來實現在環路中不斷循環的光之間的干涉，也就是通過調整光纖環路的光 的諧振頻率進而測量環路的轉動速度，就可以制造出諧振式光纖陀螺儀。從這個簡單的介 紹可以看出，干涉式陀螺儀在實現干涉時的光程差小，所以它所要求的光源可以有較大的 頻譜寬度，而諧振式陀螺儀在實現干涉時，它的光程差較大，所以它所要求的光源必須有很 好的單色性。 在現代航天航海、機載系統和軍事技術等領域都對光學陀螺儀測量的旋轉靈敏度 提出了更高的要求。目前，國內使用的光纖陀螺儀大都為干涉型光纖陀螺儀，通常采用多匝 光纖來增加陀螺儀的靈敏度，很難實現更高的靈敏度。基于耦合諧振透明的光學諧振腔在 單環諧振時具有高的透過率和大的正常色散，同時，群速度達到最小值，即群折射率最大。 這種結構可以用于絕對旋轉，來提高光學陀螺的靈敏度。而在實際應用中，用光纖來制成光 纖環形諧振腔時必然會引入耦合器的附加損耗和光纖的熔接損耗，這兩種損耗大大減弱了 陀螺的旋轉靈敏度，而影響了其推廣應用。
(三)
發明內容
本發明的目的在于提供一種能夠解決現有基于耦合光學諧振腔的光學陀螺儀存 在的因耦合器的附加損耗和光纖的熔接損耗而導致旋轉靈敏度低問題的基于半導體光放 大器的高靈敏度光纖陀螺儀。
本發明的目的是這樣實現的它是由激光器、第一耦合器、第二耦合器、第一半導
3體光放大器、第一光纖環、第三耦合器、第二光纖環、第二半導體光放大器和探測器組成的， 激光器通過第一耦合器光連接第二耦合器，第二耦合器連接第一光纖環，第一半導體光放 大器設置在第一光纖環上，第一光纖環連接第三耦合器，第二耦合器通過第一耦合器光連 接探測器，第三耦合器連接第二光纖環，第二半導體光放大器設置在第二光纖環上。
本發明還有以下技術特征 (1)所述的第一光纖環和第二光纖環都由普通單模光纖組成，且環的長度相等。
(2)所述的激光器選用窄線寬激光器，其型號為C15。 (3)所述的第一半導體光放大器和第二半導體光放大器選用的型號為 S0A-L-0EC-1550。 (4)所述的探測器選用的型號都為InGaAs/InP雪崩光電二極管探測器，其型號為 DET10C。 本發明一種基于半導體光放大器的高靈敏度光纖陀螺儀，能夠解決現有耦合器的 附加損耗和光纖的熔接損耗減小陀螺靈敏度的問題。本發明使用半導體光放大器實現高精 度、高靈敏度的測量，具有光功率利用率高，信噪比高的優點。
(四)
圖1為本發明的結構示意圖。
(五)
具體實施例方式
下面結合附圖舉例對本發明作進一步說明。 實施例1 :結合圖l，本發明包括激光器(1)、第一耦合器(2)、第二耦合器(3)、第 一半導體光放大器(4)、第三耦合器(5)、第二半導體光放大器(6)和探測器(7)，激光器 (1)通過第一耦合器(2)光連接第二耦合器(3)，第二耦合器(3)連接第一光纖環(8)，第一 半導體光放大器(4)設置在第一光纖環(8)上，第一光纖環(8)連接第三耦合器(5)，第二 耦合器(3)通過第一耦合器(2)光連接探測器(7)，第三耦合器(5)連接第二光纖環(9)， 第二半導體光放大器(6)設置在第二光纖環(9)上。激光器(1)輸出的激光通過第一耦合 器(2)按50 : 50的比例分成兩束，分別從順、逆時針兩個方向進入第二耦合器(3)，兩個方 向的光進入第二耦合器(3)后，一部分光沿原方向繼續傳播，從第一耦合器(2)耦合出來后 由探測器(7)接收。另一部分光耦合進第一光纖環(8)。 順、逆時針兩個方向的光進入第一光纖環(8)后，在順時針方向，光從第二耦合器 (3)耦合出來后進入第一半導體光放大器(4)，經放大后進入第三耦合器(5)，其中一部分 沿原方向繼續傳播，另一部分進入第二光纖環(9)。沿原方向繼續傳播的光耦合回第二耦合 器(3)后，一部分繼續在第一光纖環(8)中傳播，另一部分從順、逆時針兩個方向進入第一 耦合器(2)，最后由探測器(7)接收；在逆時針方向，光從第二耦合器(3)耦合出來后進入 第三耦合器(5)，其中一部分進入第二光纖環(9)，另一部分沿原方向繼續傳播，經第一半 導體光放大器(4)放大后進入第二耦合器(3)后，一部分繼續在第一光纖環(8)中傳播，另 一部分從順、逆時針兩個方向進入第一耦合器(2)，最后由探測器(7)接收；順、逆時針兩個 方向的光進入第二光纖環(9)后，在順、逆時針兩個方向，光從第三耦合器(5)耦合出來后 分別進入第二半導體光放大器(6)，經放大后再耦合回第三耦合器(5)，其中一部分沿原方向繼續傳播，另一部分繼續在第二光纖環(9)中傳播；沿原方向繼續傳播的光耦合回第二 耦合器(3)后，一部分繼續在第一光纖環(8)中傳播，另一部分從順、逆時針兩個方向進入 第一耦合器(2)，最后由探測器(7)接收。 所述的第一光纖環(8)和第二光纖環(9)都由普通單模光纖組成，且環的長度相 等。激光器(1)選用窄線寬激光器，其型號為C15 ;第一半導體光放大器和第二半導體光放 大器選用的型號為S0A-L-0EC-1550 ;探測器(7)選用的型號都為InGaAs/InP雪崩光電二 極管探測器，其型號為DET10C。 工作原理對于基于耦合光學諧振腔的系統來說，考慮耦合器的附加損耗和光纖
的熔接損耗，整個結構的透過率為
r， 、/l — y7 _ (1 - a，) (1 一 7，)
r~2= 2V/2 — '、 2八 ，其中，r2， Y2是耦合器c2的反射
系數和插入損耗，a為單環的衰減因子，a為光纖的熔接損耗，小為單環相移。
f' = l-;(1-〃';，其中r" Y識^U礎微糊A賺。自針 結構旋轉起來后，順、逆時針方向的Sagnac相移就是透過率的幅角，而耦合器的插入損耗 和光纖的熔接損耗削弱了順、逆時針方向的Sagnac相移，從而降低了旋轉靈敏度。當本發
明工作時，整個結構的透過率為:r~2 = J: — ^ _"2^1 (1 — 。 (1 一，其中，g2為第一半
導體光放大器的增益系數，A = r'V^"-"(卜")v^ ，其中gi為第二半導體光放大
器的增益系數。當整個結構旋轉起來后，半導體光放大器的增益系數抑制了耦合器的插入
損耗和光纖的熔接損耗，順、逆時針方向的Sagnac相移隨增益系數的增加而增加，從而提 高了旋轉靈敏度。 實施例2 :結合圖l，本發明一種基于半導體光放大器的高靈敏度光纖陀螺儀，它
是由激光器、第一耦合器、第二耦合器、第一半導體光放大器、第一光纖環、第三耦合器、第
二光纖環、第二半導體光放大器和探測器組成的，激光器通過第一耦合器光連接第二耦合
器，第二耦合器連接第一光纖環，第一半導體光放大器設置在第一光纖環上，第一光纖環連
接第三耦合器，第二耦合器通過第一耦合器光連接探測器，第三耦合器連接第二光纖環，第
二半導體光放大器設置在第二光纖環上。 本發明還有以下技術特征 所述的第一光纖環和第二光纖環都由普通單模光纖組成，且環的長度相等。
所述的激光器選用窄線寬激光器，其型號為C15。 所述的第一半導體光放大器和第二半導體光放大器選用的型號為 S0A-L-0EC-1550。 所述的探測器選用的型號都為InGaAs/InP雪崩光電二極管探測器，其型號為 DET10C。
權利要求
一種基于半導體光放大器的高靈敏度光纖陀螺儀，它是由激光器、第一耦合器、第二耦合器、第一半導體光放大器、第一光纖環、第三耦合器、第二光纖環、第二半導體光放大器和探測器組成的，其特征在于激光器通過第一耦合器光連接第二耦合器，第二耦合器連接第一光纖環，第一半導體光放大器設置在第一光纖環上，第一光纖環連接第三耦合器，第二耦合器通過第一耦合器光連接探測器，第三耦合器連接第二光纖環，第二半導體光放大器設置在第二光纖環上。
2. 根據權利要求1所述的一種基于半導體光放大器的高靈敏度光纖陀螺儀，其特征在 于所述的第一光纖環和第二光纖環都由普通單模光纖組成，且環的長度相等。
3. 根據權利要求1所述的一種基于半導體光放大器的高靈敏度光纖陀螺儀，其特征在 于所述的激光器選用窄線寬激光器，其型號為C15。
4. 根據權利要求1所述的一種基于半導體光放大器的高靈敏度光纖陀螺儀，其特征在于所述的第一半導體光放大器和第二半導體光放大器選用的型號為S0A-L-0EC-1550。
5. 根據權利要求1所述的一種基于半導體光放大器的高靈敏度光纖陀螺儀，其特征在 于所述的探測器選用的型號都為InGaAs/InP雪崩光電二極管探測器，其型號為DET10C。
全文摘要
本發明提供一種能夠解決現有基于耦合光學諧振腔的光學陀螺儀存在的因耦合器的附加損耗和光纖的熔接損耗而導致旋轉靈敏度低問題的基于半導體光放大器的高靈敏度光纖陀螺儀。它是由激光器、耦合器、半導體光放大器、光纖環、和探測器組成的，激光器通過第一耦合器光連接第二耦合器，第二耦合器連接第一光纖環，第一半導體光放大器設置在第一光纖環上，第一光纖環連接第三耦合器，第二耦合器通過第一耦合器光連接探測器，第三耦合器連接第二光纖環，本發明能夠解決現有耦合器的附加損耗和光纖的熔接損耗減小陀螺靈敏度的問題。本發明使用半導體光放大器實現高精度、高靈敏度的測量，具有光功率利用率高，信噪比高的優點。
文檔編號G01C19/72GK101709972SQ20091007331
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月1日 優先權日2009年12月1日
發明者掌蘊東, 王楠, 袁萍 申請人:哈爾濱工業大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
