一種基于雙光路的光纖Verdet常數測量系統技術方案

本發明專利技術公開了一種基于雙光路的光纖Verdet常數測量系統，包括光源、起偏器、光環形器、螺線管、法拉第旋轉反射鏡、偏振分束器（PBS）、光電探測器（PD）、信號處理部分、恒流電源、計算機；本發明專利技術能夠實現光纖費爾德（Verdet）常數的精確測量，可以減少光纖自身的線性雙折射對測量的影響；此系統為光纖的磁敏感性研究提供了平臺；同時為光纖陀螺光纖的磁敏感性方面性能選擇提供了測量平臺，避免了光纖陀螺用光纖的可靠性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種基于雙光路的光纖Verdet (維爾德常數)常數測量系統，屬于光纖陀螺

技術介紹
光纖陀螺是一種基于Sagnac (薩格納克效應)效應的角速度傳感器,光纖陀螺通常在應用中是被暴露在地磁場中，由于磁光效應的存在，地磁場會引起敏感環中相反兩束傳播光的相位漂移。光纖環的光纖長度很長(幾百到幾千米)，磁光效應帶來的非互易相位差累計不可忽略。特別是在慣性導航領域的高精度陀螺中是個很大的影響。光纖環是光纖陀螺的核心，光纖磁敏感性是由光纖Verdet常數表征的，測量光纖的Verdet常數的意義在于一方面在光纖繞環前可以通過此系統驗證所用光纖是否合格，排除光纖本身的質量問題；另一方面為新型光纖陀螺的新型光纖的磁敏感性分析提供了測試平臺。目前的光纖Verdet常數測量系統分為單光路測量與雙光路測量方法，雙光路測量法的優點為光能利用率高、抗干擾性能強、能夠消除光源光強漲落對輸出信號的影響。系統中采用法拉第旋轉反射鏡可以減少線性雙折射，信號處理部分大多采用模擬信號處理，為了整體提高測量的精度，本專利中采用模擬+數字的處理方法。FPGA的運用可以提高處理的速度與精度。
技術實現思路
本專利技術的目的是解決上述問題，提出了一種基于雙光路的光纖Verdet常數測量系統，能夠實現光纖Verdet常數的精確測量。—種基于雙光路的光纖Verdet常數測量系統,為全光纖結構,包括光源、起偏器、保偏光纖耦合器、螺線管、被測光纖、恒流電源、法拉第旋轉反射鏡、偏振分束器、第一探測器、第二探測器、信號處理部分和計算機；光源、起偏器、保偏光纖耦合器的第一端口之間依次通過光纖連接，光源發出光，起偏器將光變為線偏振光，線偏振光進入保偏光纖稱合器的第一端口，保偏光纖稱合器的第二端口通過保偏尾纖與被測光纖一端熔接，保偏光纖耦合器的第三端口通過光纖連接偏振分束器；線偏振光由保偏光纖耦合器第二端口輸出至被測光纖，被測光纖穿過螺線管的鐵芯內部，一端與保偏光纖耦合器第二端口的保偏尾纖熔接，另一端與法拉第旋轉反射鏡的尾纖熔接；信號處理部分的FPGA模塊中螺線管驅動模塊提供驅動信號，驅動恒流電源為螺線管提供電源，螺線管內通入電流，在被測光纖處產生磁場；線偏振光在被測光纖中傳輸，線偏振光在磁場的作用下發生圓雙折射，偏振角發生旋轉，線偏振光通過被測光纖后，在法拉第旋轉反射鏡的作用下再次經過螺線管，線偏振光再次發生同方向的旋轉，旋轉角加倍；旋轉角加倍的線偏振光輸入保偏光纖稱合器的第二端口，通過保偏光纖稱合器的第三端口進入偏振分束器，偏振分束器將線偏振光分為偏振正交的兩束光，分別輸出至第一探測器、第二探測器；信號處理部分包括前置放大器、濾波器、交直流隔離電路、A/D轉換器、FPGA模塊；第一探測器通過光纖連接偏振分束器，探測到第一束光，設磁場未加之前的第一探測器探測到的光功率為J1 ;第一探測器的增益為G，開啟磁場后第一探測器接收到第一束光的電壓具體為:本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于雙光路的光纖Verdet常數測量系統，為全光纖結構，包括光源、起偏器、保偏光纖耦合器、螺線管、被測光纖、恒流電源、法拉第旋轉反射鏡、偏振分束器、第一探測器、第二探測器、信號處理部分和計算機；光源、起偏器、保偏光纖耦合器的第一端口之間依次通過光纖連接，光源發出光，起偏器將光變為線偏振光，線偏振光進入保偏光纖耦合器的第一端口，保偏光纖耦合器的第二端口通過保偏尾纖與被測光纖一端熔接，保偏光纖耦合器的第三端口通過光纖連接偏振分束器；線偏振光由保偏光纖耦合器第二端口輸出至被測光纖，被測光纖穿過螺線管的鐵芯內部，一端與保偏光纖耦合器第二端口的保偏尾纖熔接，另一端與法拉第旋轉反射鏡的尾纖熔接；信號處理部分的FPGA模塊中螺線管驅動模塊提供驅動信號，驅動恒流電源為螺線管提供電源，螺線管內通入電流，在被測光纖處產生磁場；線偏振光在被測光纖中傳輸，線偏振光在磁場的作用下發生圓雙折射，偏振角發生旋轉，線偏振光通過被測光纖后，在法拉第旋轉反射鏡的作用下再次經過螺線管，線偏振光再次發生同方向的旋轉，旋轉角加倍；旋轉角加倍的線偏振光輸入保偏光纖耦合器的第二端口，通過保偏光纖耦合器的第三端口進入偏振分束器，偏振分束器將線偏振光分為偏振正交的兩束光，分別輸出至第一探測器、第二探測器；信號處理部分包括前置放大器、濾波器、交直流隔離電路、A/D轉換器、FPGA模塊；第一探測器通過光纖連接偏振分束器，探測到第一束光，設磁場未加之前的第一探測器探測到的光功率為J1；第一探測器的增益為G，開啟磁場后第一探測器接收到第一束光的電壓具體為：U1＝GJ1cos2(2θ+45°)+n1(t)其中，n1(t)表示第一束光路的噪聲，θ為單次線偏振光的旋轉角，將第一束光的電壓變形為：U1=GJ12-GJ12sin(2×2θ)+n1(t)第一束光的電壓模擬信號依次經過前置放大器、濾波器，兩者分別對模擬電壓信號進行放大和濾波，然后輸出至交直流隔離電路，交直流隔離電路分離交流信號和直流信號，進而得到直流信號AD1，交流信號DC1，各自電壓表示為：UAD1=-GJ12sin(2×2θ)+Gn1(t)UDC1=GJ12其中：表示第一束光直流信號電壓，表示第一束光交流信號電壓；然后兩個電壓分別輸入至A/D轉換器，A/D轉換器將模擬電壓信號轉換為數字電壓信號，輸出至FPGA模塊中的除法器模塊；第二探測器通過光纖連接偏振分束器，探測到第二束光，設磁場未加之前的第二探測器探測到的光功率為J2；第二探測器的增益為G，開啟磁場后第二探測器接收到第二束光的電壓具體為：U2＝GJ2sin2(2θ+45°)+n2(t)其中：n2(t)表示第二束光路的噪聲，θ為單次線偏振光的旋轉角，將第二束光的電壓變形為：U2=GJ22+GJ22sin(2×2θ)+n2(t)第二束光的電壓模擬信號依次經過前置放大器、濾波器，兩者分別對模擬電壓信號進行放大和濾波，然后輸出至交直流隔離電路，交直流隔離電路分離交流信號和直流信號，進而得到直流信號AD2，交流信號DC2，各自電壓表示為：UAD2=GJ22sin(2×2θ)+Gn2(t)UDC2=GJ22其中：表示第二束光直流信號電壓，表示第二束光交流信號電壓；然后兩個電壓分別輸入至A/D轉換器，A/D轉換器將模擬電壓信號轉換為數字電壓信號，輸出至FPGA模塊中的除法器模塊；FPGA模塊包括除法器模塊、減法器模塊、螺線管驅動模塊；除法器模塊分別對進行處理，得到A1、A2輸出至減法器模塊，減法器模塊得到最終輸出的數字電壓信號為：Uout=A1-A2=UAD1UDC1-UAD2UDC2=-2sin(2×2θ)+2[J2n2(t)-J1n2(t)]J1J2假設兩路光功率相等：J1＝J2；兩路噪聲相等：n1(t)≈n2(t)＝n(t)，n(t)為兩路噪聲相等情況下的每路噪聲；上式變形為：Uout≈?2sin(2×2θ)≈?8θ減法器模塊將Uout輸出至計算機，計算機得到θ值，根據V＝θ/BL，將線偏振光在磁場作用下的旋轉角θ、被測光纖長度L、電磁感應強度B代入，得到光纖的Verdet常數V；螺線管驅動模塊為恒流電源提供驅動信號，控制恒流電源為螺線管提供電源，使螺線管產生磁場。FDA00002690212200023.jpg,FDA00002690212200024.jpg,FDA00002690212200028.jpg,FDA00002690212200029.jpg,FDA000026902122000210.jpg,FDA000026902122000211.jpg,FDA000026902122000212.jpg...

【技術特征摘要】
1.一種基于雙光路的光纖Verdet常數測量系統，為全光纖結構，包括光源、起偏器、保偏光纖耦合器、螺線管、被測光纖、恒流電源、法拉第旋轉反射鏡、偏振分束器、第一探測器、第二探測器、信號處理部分和計算機； 光源、起偏器、保偏光纖稱合器的第一端口之間依次通過光纖連接，光源發出光，起偏器將光變為線偏振光，線偏振光進入保偏光纖稱合器的第一端口，保偏光纖稱合器的第二端口通過保偏尾纖與被測光纖一端熔接，保偏光纖耦合器的第三端口通過光纖連接偏振分束器；線偏振光由保偏光纖耦合器第二端口輸出至被測光纖，被測光纖穿過螺線管的鐵芯內部，一端與保偏光纖耦合器第二端口的保偏尾纖熔接，另一端與法拉第旋轉反射鏡的尾纖熔接；信號處理部分的FPGA模塊中螺線管驅動模塊提供驅動信號，驅動恒流電源為螺線管提供電源，螺線管內通入電流，在被測光纖處產生磁場；線偏振光在被測光纖中傳輸，線偏振光在磁場的作用下發生圓雙折射，偏振角發生旋轉，線偏振光通過被測光纖后，在法拉第旋轉反射鏡的作用下再次經過螺線管，線偏振光再次發生同方向的旋轉，旋轉角加倍；旋轉角加倍的線偏振光輸入保偏光纖耦合器的第二端口，通過保偏光纖耦合器的第三端口進入偏振分束器，偏振分束器將線偏振光分為偏振正交的兩束光，分別輸出至第一探測器、第二探測器； 信號處理部分包括前置放大器、濾波器、交直流隔離電路、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李彥，姜漫，宋鏡明，宋凝芳，金靖，李帥，孫彥鳳，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：