專利名稱：勞埃特消偏器性能的精確評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種勞埃特消偏器性能的精確評估方法。
技術(shù)背景勞埃特消偏器是消偏光纖陀螺的關(guān)鍵光學(xué)部件，其存在大大抑制了消偏光 纖陀螺的各種寄生效應(yīng)，增強(qiáng)了光纖陀螺的可靠性和抗干擾能力，提高了消偏 光纖陀螺的零偏穩(wěn)定性，對中高精度消偏光纖陀螺的性能起決定作用。消偏光纖陀螺中的消偏器是由兩段高雙折射保偏光纖應(yīng)力主軸之間45°熔接而成的勞 埃特消偏器，由于當(dāng)前熔接工藝的限制且應(yīng)力主軸與光學(xué)主軸之間不重合，光 學(xué)主軸的45°角存在一定誤差，降低了消偏器的性能，從而影響消偏光纖陀螺 的性能。目前，評估消偏器性能的方法是采用高精度的熔接機(jī)或長期測試消偏 光纖陀螺的零偏穩(wěn)定性高精度熔接機(jī)只能將應(yīng)力主軸的45°誤差控制在0.5。 以內(nèi)，而光學(xué)主軸的45。誤差可能更大，國內(nèi)外沒有有效的測量方法；長期 測試消偏光纖陀螺的零偏穩(wěn)定性也是一種評估消偏器性能的方法，但由于信號 處理電路本身的限制，必須長期測試才能評估消偏器對陀螺的影響，無疑這樣 效率很低，且精度往往不夠高，對消偏光纖陀螺的工程化非常不利。為了研制 高精度消偏光纖陀螺，迫切需要精確評估消偏器性能的有效方法。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有勞埃特消偏器性能評估方法的不足，提供一種勞 埃特消偏器性能的精確評估方法。勞埃特消偏器性能的精確評估方法是釆用消偏光纖陀螺評估勞埃特消偏器的性能，具體步驟如下1) 消偏光纖陀螺包含第一勞埃特消偏器和第二勞埃特消偏器，勞埃特消偏器是由兩段保偏光纖光學(xué)主軸相對夾角45°對接而成，在第一消偏器的兩段保 偏光纖應(yīng)力主軸熔接相對精確的45°角，即45.2° ，當(dāng)保偏熔接機(jī)本身的熔接 誤差為±0.1°，則第一消偏器的光學(xué)主軸45。誤差《=0.2°±0.1°,而第二消偏器 熔接誤差相對較大的45°角，即35° ，則第二消偏器的光學(xué)主軸45。角誤差 《=-10?！?.1°，將45°角熔接完畢的第一消偏器和第二消偏器焊接入光纖陀螺 系統(tǒng)；2) 將上述勞埃特消偏器45。角處理過的消偏光纖陀螺置于磁場測試轉(zhuǎn)臺 上，使消偏光纖陀螺敏感軸垂直于轉(zhuǎn)臺向上，且徑向磁場方向垂直于消偏光纖 陀螺的敏感軸；3) 測試5分鐘未加徑向磁場^j時(shí)消偏光纖陀螺的零偏0;4) 將磁場測試轉(zhuǎn)臺以5。為間隔在360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，得到消偏光纖陀螺 相對于徑向磁場的72個(gè)測量位置，在每個(gè)位置上分別測試5分鐘加徑向磁場時(shí) 的消偏光纖陀螺的零偏值，零偏值分別為^,，其中0 = 5屮=0山，71);5) 分別計(jì)算步驟3)和4)測得的消偏光纖陀螺72個(gè)位置的徑向磁場靈敏 度&,卵-(D)/S^其中5w是徑向磁場的強(qiáng)度，e = 5/(Z = 0,L ,71);6) 取步驟5)中得到的消偏光纖陀螺72個(gè)位置的徑向磁場靈敏度兩極值， 分別為&腿和&咖，設(shè)兩極值差為&=&_-&mn，其中^S/(!:0,L,");7) 取步驟1)中的《=0.2°±0.1°、《=—10°±0.10為《=0.2°、《=-10°，這樣 得出的結(jié)果相對誤差為1%，并將《=0.2。、《=-10。及步驟6)得到的S。代入&=^^^y，算出表示光纖環(huán)特性的因子《=《。；8) 根據(jù)步驟7)中計(jì)算出的光纖環(huán)特性因子《。及消偏光纖陀螺對兩個(gè)勞埃 特消偏器的要求，根據(jù)&=^/(^]確定徑向磁場靈敏度極差的閾值&，使得其中《為待評估勞埃特消偏器45。角度誤差的閾值；9) 去掉步驟l)中的第二勞埃特消偏器，保證消偏光纖陀螺其他元件不變， 將待測勞埃特消偏器接入消偏光纖陀螺，取代原有的45°角度誤差較大的消偏 器，重復(fù)步驟2)、 3)，得到包含待測消偏器的消偏光纖陀螺軸向磁場靈敏度S'， 當(dāng)滿足&、&時(shí)，待評估消偏器中兩保偏光纖光學(xué)主軸45°角合格；否則，如 果滿足&'>&，則待評估消偏器不合格。徑向磁場是均勻的，其方向垂直于消偏光纖陀螺敏感軸，徑向磁場的磁場 強(qiáng)度為"K， B^lmT。步驟2)的磁場測試轉(zhuǎn)臺放置于隔離振動平臺上。步驟2)的徑向磁場由大型Helmholtz線圈提供，線圈由電流大小可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源驅(qū)動。磁場測試轉(zhuǎn)臺放置于Helmholtz線圈中央均勻磁場處，消偏光纖陀螺放置于磁場測試轉(zhuǎn)臺上。本發(fā)明利用外加徑向磁場，放大消偏光纖陀螺由于消偏器中兩保偏光纖光 學(xué)主軸45°角不理想而產(chǎn)生的Faraday非互易相位差，通過檢測徑向磁場作用 下消偏光纖陀螺的零偏極值差計(jì)算Faraday非互易相位差的大小，確定消偏器中 兩保偏光纖光學(xué)主軸45°角誤差的大小，從而使用消偏光纖陀螺徑向磁敏法評
估消偏器的性能。和現(xiàn)有的通過控制保偏光纖應(yīng)力主軸之間的夾角實(shí)現(xiàn)兩保偏光纖熔接的熔接機(jī)相比，徑向磁敏法評估出兩保偏光纖光學(xué)主軸的45°夾角精度高兩個(gè)數(shù)量級，是當(dāng)前評估消偏器性能的新方法。


圖1為本發(fā)明中評估勞埃特消偏器的性能所采用的消偏光纖陀螺原理圖； 圖2為勞埃特消偏器的原理圖；圖3為本發(fā)明中垂直于光纖陀螺敏感軸的徑向磁場； 圖4為本發(fā)明中評估勞埃特消偏器性能的實(shí)驗(yàn)裝置；圖中消偏光纖陀螺l、 SLD光源2、分束器3、 K)C調(diào)制器4、第一勞埃 特消偏器5、第二勞埃特消偏器6、單模光纖環(huán)7、 PIN管光電探測器8、均勻磁 場16、第一保偏光纖12、第二保偏光纖13、第一熔接點(diǎn)10、第三保偏光纖14、 第四保偏光纖15、第二熔接點(diǎn)11、第一保偏光纖12的第一應(yīng)力棒18、第一保 偏光纖12的第二應(yīng)力棒20、第一保偏光纖12的快軸17、第一保偏光纖12的 慢軸19、第二保偏光纖13的第三應(yīng)力棒22、第二保偏光纖13的第四應(yīng)力棒25、 第二保偏光纖13的快軸23、第二保偏光纖13的慢軸24、第一保偏光纖12的 快軸17和第二保偏光纖13的快軸23之間夾角21、第一勞埃特消偏器5的45 角10 、第二勞埃特消偏器6的45。角ll、磁場測試轉(zhuǎn)臺26、 Helmholtz線圈27、隔離振動臺28、實(shí)驗(yàn)裝置29。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明所采用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是消偏光纖陀螺1，光源SLD2發(fā)出 的寬譜光經(jīng)過分束器3后分為兩束，其中一束射入調(diào)制器IOC4，經(jīng)過其中的起 偏器P9起偏后，被Y波導(dǎo)分成兩束，分別入射進(jìn)兩個(gè)消偏器5和6中，消偏后 的兩束光分別從兩個(gè)端口耦合進(jìn)單模光纖環(huán)7，每束光在光纖環(huán)中傳播一周后再 次分別經(jīng)過消偏器6和5、調(diào)制器IOC4、分束器3，干涉后到達(dá)PIN管8。實(shí)驗(yàn) 中將光纖環(huán)7遠(yuǎn)離其他光學(xué)元件，而其他光學(xué)元件與光纖環(huán)7之間通過單模光 纖連為一個(gè)整體，這樣主要是為了避免高導(dǎo)磁率的其他光學(xué)元件改變環(huán)境的均 勻磁場分布。圖2所示的消偏器5，由保偏光纖12和保偏光纖13通過熔接點(diǎn)10熔接而 成，保偏光纖12和保偏光纖13的長度比為1: 2，應(yīng)力棒18和應(yīng)力棒20的存 在使得保偏光纖12具有應(yīng)力快軸17和應(yīng)力慢軸19，保偏光纖12的應(yīng)力快軸 17和保偏光纖13的應(yīng)力快軸24之間夾角21為45° +《，而光學(xué)主軸夾角一般不 等于應(yīng)力主軸夾角21，設(shè)為45。 + 0。
圖3是徑向磁場作用下的單模光纖環(huán)7，徑向磁場16垂直于光纖環(huán)7的軸 向，即平行于光纖環(huán)面，由于Faraday磁光效應(yīng)，當(dāng)存在徑向磁場16時(shí)，消偏 光纖陀螺將產(chǎn)生與徑向磁場16成線性關(guān)系的非互易相位差，此相位差和單模光 纖環(huán)7的特性、勞埃特消偏器5和6的兩個(gè)45。光學(xué)主軸不對準(zhǔn)角《和《、徑 向磁場16的強(qiáng)度B^徑向磁場16的方向^等有關(guān)。當(dāng)其他參數(shù)不變，只有0在 0。 360。范圍內(nèi)變化時(shí)，徑向磁場16產(chǎn)生的非互易相位差也在變化，其變化有 一個(gè)正極值和一個(gè)負(fù)極值。由于事先不知道兩個(gè)極值對應(yīng)的徑向磁場16的方向， 所以必須采用特定裝置，能使^處于0。 360。范圍內(nèi)的任一位置。圖4中29是本發(fā)明測試消偏光纖陀螺徑向磁場靈敏度時(shí)所采用的裝置。 Helmholtz線圈27在其中央O250附wx250附m區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生均勻磁場16，磁場強(qiáng)度 通過供電電壓可調(diào)的直流電源提供。在線圈27的中部存在一個(gè)磁場測試轉(zhuǎn)臺26 ， 磁場測試轉(zhuǎn)臺26每次轉(zhuǎn)動的位置0 = 5°><屮=0山，71)，在每個(gè)位置都能固定，消 偏光纖陀螺1固定在磁場測試轉(zhuǎn)臺26上，能和磁場測試轉(zhuǎn)臺26 —起轉(zhuǎn)動，單 模光纖環(huán)7的軸和磁場測試轉(zhuǎn)臺26的軸平行，都垂直于隔振平臺28， Helmholtz 線圈27產(chǎn)生的均勻磁場16保證平行于單模光纖環(huán)7的環(huán)面。勞埃特消偏器性能的精確評估方法，采用消偏光纖陀螺評估勞埃特消偏器的性能，具體步驟如下消偏光纖陀螺1包含第一勞埃特消偏器5和第二勞埃特消偏器6，勞埃特消 偏器是由兩段保偏光纖光學(xué)主軸相對夾角45°對接而成，在第一勞埃特消偏器 5的兩段保偏光纖應(yīng)力主軸熔接相對精確的45°角，即45.2° ，當(dāng)保偏熔接機(jī) 本身的熔接誤差為±0.1°，則第一勞埃特消偏器5的光學(xué)主軸45°誤差 《=0.2°±0.1°;而第二勞埃特消偏器6熔接誤差相對較大的45。角，即35° ， 則第二勞埃特消偏器6的光學(xué)主軸45°角誤差《=-10°±0.1°，將45°角熔接完畢 的第一勞埃特消偏器5和第二勞埃特消偏器6焊接入消偏光纖陀螺1。將得到的消偏光纖陀螺1置于如圖4所示的轉(zhuǎn)臺26上，消偏光纖陀螺1的 敏感軸平行于磁場測試轉(zhuǎn)臺26的轉(zhuǎn)軸，徑向磁場16垂直于消偏光纖陀螺1的 敏感軸。Helmholtz線圈27不加電，測試5分鐘消偏光纖陀螺1，得到消偏光纖 陀螺1的零偏①。將磁場測試轉(zhuǎn)臺26以5°為間隔在360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，得到消偏光纖陀螺1 相對于徑向磁場16的72個(gè)測量位置，在每個(gè)位置處保持磁場測試轉(zhuǎn)臺靜止不 動，Helmholtz線圈27加電，使得徑向磁場16的強(qiáng)度為為5R, 5R>lmT，分別 測得消偏光纖陀螺1的零偏值分別為d^，其中^5/(^0,L ,71)。
分別計(jì)算測得的消偏光纖陀螺1所處的72個(gè)位置的徑向磁場靈敏度K①朋-爭《 (1) 其中^ = 5/(/ = 0山，71)。取上述計(jì)算得到的消偏光纖陀螺1所處的72個(gè)位置的徑向磁場靈敏度中正的最大值和負(fù)的最大值，即兩極值，設(shè)分別為&_和&_，則兩極值差為&=&腿-&腿 (2) 其中0 = 5/(/ = 0山，71)。取《=0.2°±0.1°、《=-10°±0.1°為3=0.2°、《=-10°，這樣得到的結(jié)果相對誤 差不超過1%，并將0=0.2。、《=-10°及&代入i^。/J(《2 +《) (3) 得到表示光纖環(huán)特性的因子《=&根據(jù)計(jì)算出的光纖環(huán)特性因子《=/:。及消偏光纖陀螺l對勞埃特消偏器的要求，按照式s^i^/(^]確定消偏光纖陀螺徑向磁場靈敏度極差的閾值&，使得《=《，《為待評估勞埃特消偏器45。角度誤差的閾值。去掉第二勞埃特消偏器6，保證消偏光纖陀螺1其他元件不變，將待測勞埃 特消偏器接入消偏光纖陀螺l，取代勞埃特消偏器6，測量包含待測勞埃特消偏 器的消偏光纖陀螺1徑向磁場靈敏度極值差S'，當(dāng)滿足&'"r (4)則待評估勞埃特消偏器中兩保偏光纖光學(xué)主軸45°角合格。否則，如果滿足《>& (5) 則待評估勞埃特消偏器不合格。
權(quán)利要求
1.一種勞埃特消偏器性能的精確評估方法，其特征在于采用消偏光纖陀螺評估勞埃特消偏器的性能，具體步驟如下1)消偏光纖陀螺(1)包含第一消偏器(5)和第二消偏器(6)兩個(gè)勞埃特消偏器，勞埃特消偏器是由兩段保偏光纖光學(xué)主軸相對夾角45°對接而成，在第一消偏器(5)的兩段保偏光纖應(yīng)力主軸熔接相對精確的45°角，即45.2°，當(dāng)保偏熔接機(jī)本身的熔接誤差為±0.1°，則第一消偏器(5)的光學(xué)主軸45°誤差θ1＝0.2°±0.1°，而第二消偏器(6)熔接誤差相對較大的45°角，即35°，則第二消偏器(6)的光學(xué)主軸45°角誤差θ2＝-10°±0.1°，將45°角熔接完畢的第一消偏器(5)和第二消偏器(6)焊接入消偏光纖陀螺；2)將上述消偏器45°角處理過的消偏光纖陀螺(1)放置于磁場測試轉(zhuǎn)臺(26)上，使消偏光纖陀螺(1)的敏感軸垂直于轉(zhuǎn)臺(26)向上，且徑向磁場(16)的方向垂直于消偏光纖陀螺(1)的敏感軸；3)測試5分鐘未加徑向磁場BR(16)時(shí)消偏光纖陀螺(1)的零偏Ф；4)將磁場測試轉(zhuǎn)臺(26)以5°為間隔在360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，得到消偏光纖陀螺(1)相對于徑向磁場(16)的72個(gè)測量位置，在每個(gè)位置上分別測試5分鐘加徑向磁場(16)時(shí)消偏光纖陀螺(1)的零偏值，零偏值分別為ФθB，其中θ＝5i(i＝0，L，71)；5)分別計(jì)算步驟3)和4)測得的消偏光纖陀螺72個(gè)位置的徑向磁場靈敏度Sθ＝(ФθB-Ф)/BR，其中BR是徑向磁場(16)的強(qiáng)度，θ＝5i(i＝0，L，71)；6)取步驟5)中得到的消偏光纖陀螺(1)72個(gè)位置的徑向磁場靈敏度兩極值，分別為Sθmax和Sθmin，設(shè)兩極值差為S0＝Sθmax-Sθmin，其中θ＝5i(i＝0，L，71)；7)取步驟1)中的θ1＝0.2°±0.1°、θ2＝-10°±0.1°為θ1＝0.2°、θ2＝-10°，這樣得出的結(jié)果相對誤差為1％，并將θ1＝0.2°、θ2＝-10°及步驟6)得到的S0代入
2. 如權(quán)利要求1所述的一種勞埃特消偏器性能的評估方法，其特征在于所述 的徑向磁場(16)是均勻的，其方向垂直于消偏光纖陀螺(1)敏感軸，徑向磁 場(16)的磁場強(qiáng)度為SR， SplmL
3. 如權(quán)利要求1所述的一種勞埃特消偏器性能的評估方法，其特征在于所述 步驟2)的磁場測試轉(zhuǎn)臺(26)放置于隔離振動平臺(28)上。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種勞埃特消偏器性能的評估方法，其特征在于所述 歩驟2)的徑向磁場(16)由大型Helmholtz線圈(27)提供，線圈由電流大小 可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源驅(qū)動。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種勞埃特消偏器性能的評估方法，其特征在于所述 的磁場測試轉(zhuǎn)臺(26)放置于Helmholtz線圈(27)中央均勻磁場處，消偏光纖陀 螺(l)放置于磁場測試轉(zhuǎn)臺(26)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種勞埃特消偏器性能的評估方法。勞埃特消偏器是通過將任意偏振光在各個(gè)偏振態(tài)上能量均勻化實(shí)現(xiàn)消偏的，其性能由所包含的兩段保偏光纖的長度及其雙折射主軸45°夾角的精度決定。本發(fā)明使用消偏光纖陀螺評估勞埃特消偏器性能，評估方法分四個(gè)步驟首先將消偏器雙折射主軸45°夾角誤差較大的消偏光纖陀螺置于設(shè)定磁場中測試徑向磁場靈敏度，得出光纖環(huán)的特性因子；其次確定消偏器45°夾角誤差的閾值；接著，將含有待評估消偏器的消偏光纖陀螺置于磁場中，測試徑向磁場靈敏度；最后，比較新消偏光纖陀螺徑向磁場靈敏度與閾值對應(yīng)的徑向磁場靈敏度之間的關(guān)系，評估消偏器的性能。本發(fā)明能精確評估勞埃特消偏器的性能。
文檔編號G01C25/00GK101105422SQ200710070398
公開日2008年1月16日 申請日期2007年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日
發(fā)明者承 劉, 岑松原, 張登偉, 牟旭東, 胡慧珠, 舒曉武 申請人:浙江大學(xué)