專利名稱：一種光纖環(huán)偏振串音估計(jì)與對(duì)稱性評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及保偏光纖陀螺用光纖環(huán)檢測(cè)技術(shù)，提出了利用白光干涉法測(cè)得的偏振耦合強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)來估計(jì)光纖環(huán)偏振串音的模型，并特別提出了光纖環(huán)對(duì)稱性評(píng)價(jià)方案。
背景技術(shù)：
光纖陀螺是利用薩格奈克效應(yīng)測(cè)量角速度的一種高精度慣性儀表。其結(jié)構(gòu)簡單、可以適應(yīng)不同精度要求、環(huán)境適應(yīng)性好，是一種新型全固態(tài)慣性器件，將成為慣性導(dǎo)航和戰(zhàn)略應(yīng)用領(lǐng)域的主要儀表。保偏光纖的使用降低了環(huán)境變化等外界因素引起的寄生雙折射的影響，因此提高了光纖陀螺的精度。但保偏光纖陀螺光路中依然存在偏振交叉耦合，尤其是光纖環(huán)繞制過程中引入的應(yīng)力和不對(duì)稱性，是影響光纖陀螺輸出誤差的重要因素，它降低了光纖陀螺的實(shí)際性能。近年來，光子晶體光纖因其出色的應(yīng)力、溫度穩(wěn)定性在光纖陀螺的應(yīng)用中引起了極大的關(guān)注。其中，保偏光子晶體光纖(PM-PCF)的模式雙折射可達(dá)10_3，比傳統(tǒng)保偏光纖高出近一個(gè)量級(jí)，這決定了其在偏振型光纖傳感中的重大應(yīng)用價(jià)值。敏感線圈的熱非互異性是影響光纖陀螺性能的重要因素之一，目前有很多建議來降低熱非互異性，如，采用熱導(dǎo)率高的光纖外涂復(fù)層或線圈固化膠使各光纖層之間“熱短 路”等。光纖環(huán)繞制中，目前普遍采用的四極對(duì)稱繞法一定程度上改善了光纖環(huán)瞬態(tài)特性。研究表明，環(huán)圈關(guān)于光纖中點(diǎn)的輕微不對(duì)稱性會(huì)大大消弱甚至失去四極對(duì)稱繞法的優(yōu)勢(shì)。在繞制中需要對(duì)一些疊纖和交叉等缺陷及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正，否則會(huì)嚴(yán)重影響光纖環(huán)的性能，而繞制在線檢測(cè)的方法主要是視頻監(jiān)控、張力監(jiān)控等手段，這些只能間接反映繞制質(zhì)量、無法直接監(jiān)控繞制過程對(duì)光纖性能的影響。利用分布式傳感檢測(cè)光纖環(huán)，較傳統(tǒng)的方法是利用布里淵光學(xué)時(shí)域反射計(jì)(BOTDR)檢測(cè)光纖環(huán)應(yīng)力，但該方法空間分辨率和傳感靈敏度較低，難以實(shí)現(xiàn)在線精確監(jiān)測(cè)光纖環(huán)質(zhì)量。光纖環(huán)繞制完成后成品的熱應(yīng)力檢測(cè)，現(xiàn)有方法也難以實(shí)現(xiàn)。利用白光干涉儀可以得到很高精度的偏振耦合強(qiáng)度測(cè)量，但是目前只能從直觀上觀察分布情況，缺乏一種定量的評(píng)價(jià)手段來分析光纖環(huán)的對(duì)稱性，在分析環(huán)全溫特性時(shí)也缺乏有效的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。而且，傳統(tǒng)光纖環(huán)消光比測(cè)試儀需要精確的對(duì)軸操作，僅作為白光干涉法分析的一個(gè)輔助部分，同時(shí)也無法根據(jù)繞環(huán)工藝的具體情況定量測(cè)出光纖環(huán)中某一部分的偏振串音。因此需要一種新的方法來評(píng)價(jià)光纖環(huán)的對(duì)稱性，對(duì)原料光纖的選擇和繞環(huán)工藝的改進(jìn)提供必要的指導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)繞環(huán)工藝和溫度變化對(duì)光纖陀螺用敏感環(huán)對(duì)稱性影響，提出了一種光纖環(huán)偏振串音估計(jì)與對(duì)稱性評(píng)價(jià)方法，其中設(shè)計(jì)了一種結(jié)合白光干涉法和測(cè)量光纖雙折射色散的實(shí)驗(yàn)裝置，提出了利用偏振耦合強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)直接估計(jì)光纖環(huán)偏振串音并提出了定量評(píng)價(jià)對(duì)稱性參數(shù)的方法。
—種光纖環(huán)偏振串音估計(jì)與對(duì)稱性評(píng)價(jià)方法，具體包括如下步驟步驟I :將待測(cè)光纖環(huán)保存在溫箱中，溫箱溫度調(diào)至測(cè)試溫度；待測(cè)光纖環(huán)為保偏光纖;步驟2:進(jìn)行白光干涉偏振耦合實(shí)驗(yàn)，得到偏振耦合強(qiáng)度的分布數(shù)據(jù)集合A，并利用高斯模型得到實(shí)驗(yàn)用的光源的相干長度L。；步驟3 :采用波長掃描法測(cè)量待測(cè)光纖環(huán)的雙折射色散AD ；步驟4 :首先尋找待測(cè)光纖環(huán)的中點(diǎn)M，具體是對(duì)數(shù)據(jù)集合A進(jìn)行希爾伯特變化提取包絡(luò)，找到包絡(luò)中最大耦合強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的耦合點(diǎn)，該耦合點(diǎn)就是待測(cè)光纖環(huán)的中點(diǎn)M ;然后根據(jù)M將數(shù)據(jù)集合A分為表征中點(diǎn)M左側(cè)偏振耦合分布的數(shù)據(jù)集合C，以及表征中點(diǎn)M右側(cè)偏振耦合分布的數(shù)據(jù)集合D ；··
步驟5 :利用分辨率計(jì)算模型修正系統(tǒng)分辨率，并對(duì)數(shù)據(jù)集合A或者數(shù)據(jù)集合C和D中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組。(5. I)對(duì)數(shù)據(jù)集合A分組后的每組中的數(shù)據(jù)求平均值，得到數(shù)據(jù)集合B ;數(shù)據(jù)集合B中每個(gè)數(shù)據(jù)表示一個(gè)實(shí)際耦合點(diǎn)發(fā)生的耦合至慢軸上的光強(qiáng)度。(5. 2)對(duì)數(shù)據(jù)集合C和D分組后的每組中的數(shù)據(jù)求平均值，對(duì)應(yīng)得到數(shù)據(jù)集合E和F ;數(shù)據(jù)集合E和F中的每個(gè)數(shù)據(jù)表示一個(gè)實(shí)際耦合點(diǎn)發(fā)生的耦合至慢軸上的光強(qiáng)度。步驟6 :確定偏振串音的估計(jì)模型，確定整段待測(cè)光纖環(huán)的偏振串音或者待測(cè)光纖環(huán)中點(diǎn)左右兩側(cè)的偏振串首。(6. I)整段待測(cè)光纖環(huán)的偏振串音η為
權(quán)利要求
1.一種光纖環(huán)偏振串音估計(jì)與對(duì)稱性評(píng)價(jià)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 步驟I:將待測(cè)光纖環(huán)保存在溫箱中，溫箱溫度調(diào)至測(cè)試溫度；待測(cè)光纖環(huán)為保偏光纖; 步驟2 :進(jìn)行白光干涉偏振耦合實(shí)驗(yàn)，得到偏振耦合強(qiáng)度的分布數(shù)據(jù)集合A，并利用高斯模型得到實(shí)驗(yàn)用的光源的相干長度L。； 步驟3 :采用波長掃描法測(cè)量待測(cè)光纖環(huán)的雙折射色散AD ； 步驟4 :首先尋找待測(cè)光纖環(huán)的中點(diǎn)M，具體是對(duì)數(shù)據(jù)集合A進(jìn)行希爾伯特變化提取包絡(luò)，找到包絡(luò)中最大耦合強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的耦合點(diǎn)，該耦合點(diǎn)就是待測(cè)光纖環(huán)的中點(diǎn)M ;然后根據(jù)M將數(shù)據(jù)集合A分為表征中點(diǎn)M左側(cè)偏振耦合分布的數(shù)據(jù)集合C，以及表征中點(diǎn)M右側(cè)偏振耦合分布的數(shù)據(jù)集合D ; 步驟5 :利用分辨率計(jì)算模型修正系統(tǒng)分辨率，并對(duì)數(shù)據(jù)集合A或者數(shù)據(jù)集合C和D中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組； (5. I)對(duì)數(shù)據(jù)集合A分組后的每組中的數(shù)據(jù)求平均值，得到數(shù)據(jù)集合B ;數(shù)據(jù)集合B中每個(gè)數(shù)據(jù)表示一個(gè)實(shí)際耦合點(diǎn)發(fā)生的耦合至慢軸上的光強(qiáng)度； (5. 2)對(duì)數(shù)據(jù)集合C和D分組后的每組中的數(shù)據(jù)求平均值，對(duì)應(yīng)得到數(shù)據(jù)集合E和F ;數(shù)據(jù)集合E和F中的每個(gè)數(shù)據(jù)表示一個(gè)實(shí)際耦合點(diǎn)發(fā)生的耦合至慢軸上的光強(qiáng)度； 步驟6 :確定偏振串音的估計(jì)模型，確定整段待測(cè)光纖環(huán)的偏振串音或者待測(cè)光纖環(huán)中點(diǎn)左右兩側(cè)的偏振串首； (6. I)整段待測(cè)光纖環(huán)的偏振串音η為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖環(huán)偏振串音估計(jì)與對(duì)稱性評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟2中所述的白光干涉偏振耦合實(shí)驗(yàn)，具體是依次將超連續(xù)的光源、待測(cè)光纖環(huán)、起偏器和消光比測(cè)試儀用跳線連接，調(diào)整起偏器的偏振角，使消光比測(cè)試儀的讀數(shù)最大，此時(shí)保證光纖對(duì)軸；保持起偏器的偏振角不變，然后將待測(cè)光纖環(huán)接入白光干涉儀光路，打開白光干涉儀的數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行掃描，得到偏振耦合強(qiáng)度的分布數(shù)據(jù)集合Α。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光纖環(huán)偏振串音估計(jì)與對(duì)稱性評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步·9 In ) 2驟2中所述的光源的相干長度L。為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖環(huán)偏振串音估計(jì)與對(duì)稱性評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟3中所述的待測(cè)光纖環(huán)的雙折射色散具體通過如下方法得到 首先，將超連續(xù)的光源、起偏器、待測(cè)光纖環(huán)和消光比測(cè)試儀用跳線連接，旋轉(zhuǎn)起偏器至消光比測(cè)試儀讀數(shù)最大，此時(shí)保證光纖對(duì)軸；然后將待測(cè)光纖環(huán)連接的消光比測(cè)試儀取下，將待測(cè)光纖環(huán)依次連接檢偏器和光譜儀，調(diào)整檢偏器至光譜儀示數(shù)對(duì)比度最大，通過光譜儀得到實(shí)驗(yàn)中光源的某個(gè)波長段內(nèi)，出射光的光譜，出射光強(qiáng)隨光源的波長發(fā)生周期性變化，根據(jù)光譜得到待測(cè)光纖環(huán)的雙折射色散AD
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖環(huán)偏振串音估計(jì)與對(duì)稱性評(píng)價(jià)方法，其特征在于，步驟4所述的利用分辨率計(jì)算模型修正系統(tǒng)分辨率，并對(duì)數(shù)據(jù)集合A或者數(shù)據(jù)集合C和D中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，具體是設(shè)I表示以光纖入射端為起點(diǎn)沿待測(cè)光纖環(huán)的長度坐標(biāo)，則I處的系統(tǒng)分辨率ζ (I)為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖環(huán)偏振串音估計(jì)與對(duì)稱性評(píng)價(jià)方法，利用相干域偏振檢測(cè)技術(shù)得到保偏光纖環(huán)偏振耦合強(qiáng)度的分布數(shù)據(jù)，再利用波長掃描法得待測(cè)光纖的雙折射色散系數(shù)，建立偏振串音估計(jì)模型，并提出了一種判斷光纖環(huán)中點(diǎn)的方法，得到中點(diǎn)左右側(cè)偏振串音數(shù)據(jù)，分別確定中點(diǎn)左右側(cè)的偏振串音，來分析待測(cè)光纖環(huán)的對(duì)稱性。本發(fā)明設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，綜合性強(qiáng)，測(cè)量精度高，可靠性好，可以在測(cè)量光纖環(huán)偏振耦合強(qiáng)度分布的同時(shí)測(cè)量出環(huán)的偏振串音，并將偏振串音值作為評(píng)價(jià)繞環(huán)對(duì)稱性的參考指標(biāo)。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于測(cè)量多種保偏光纖和新型光子晶體光纖，便于優(yōu)化選擇陀螺用料光纖，對(duì)評(píng)估和指導(dǎo)優(yōu)化光纖陀螺的溫度性能有重要意義。
文檔編號(hào)G01M11/02GK102889979SQ20121035980
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者金靖, 王曙, 宋凝芳, 宋鏡明, 徐宏杰, 楊德偉 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)