Оптический вход схема

Оптический вход схема

Оптический вход схема

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при конструировании волоконно-оптических гироскопов (ВОГ) и других датчиков физических величин на основе одномодовых световодов. На входе интегрально-оптической схемы (ИОС) кольцевого интерферометра ВОГ, в состав которой входят Y-делитель оптических лучей на основе поляризующих канальных волноводов и два фазовых модулятора, дополнительно используют отрезок поляризующего линейно-поляризованного излучения, при котором обеспечивается минимальный разогрев подложки ИОС. 1 табл., 5 ил. оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при конструировании волоконно-оптических гироскопов (далее по тексту - ВОГ) и других датчиков физических величин на основе одномодовых световодов.

ВОГ содержит в своем составе оптоволоконный кольцевой интерферометр (далее по тексту - ВКИ) и электронный блок обработки информации. ВКИ содержит источник широкополосного оптического излучения, первый волоконный делитель мощности оптического излучения, поляризатор, второй делитель мощности оптического излучения, фазовый модулятор, многовитковую волоконную чувствительную катушку и фотоприемник. Это оптическая схема ВКИ так называемой "минимальной" конфигурации [1].

На фотоприемнике ВКИ наблюдается интерференционная картина, образованная двумя оптическими лучами, прошедшими чувствительную катушку гироскопа в двух взаимно противоположных направлениях. При вращении кольцевого интерферометра между этими двумя лучами вследствие эффекта Саньяка возникает разность фаз, которая выражается следующим образом:

оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246

где R - радиус чувствительной катушки гироскопа;

L - длина световода катушки;

оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246 - центральная длина волны излучения широкополосного источника;

c - скорость света в вакууме;

оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246 - угловая скорость вращения гироскопа.

Таким образом, на фотоприемнике интенсивность оптического излучения можно представить в виде:

IФ=1/2Р 0(1+cosоптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246S),

где P0 - мощность интерферирующих на фотоприемнике лучей.

Для повышения чувствительности ВОГ вблизи нулевых угловых скоростей (функция cos в районе нулевых угловых скоростей имеет нулевую производную) используется вспомогательная фазовая модуляция с целью повышения крутизны выходной характеристики гироскопа. Для достижения эффекта фазовой модуляции лучей в ВКИ с помощью фазового модулятора используется временное запаздывание интерферирующих на фотоприемнике фронтов лучей при прохождении фазового модулятора. Это временное запаздывание составляет величину:

оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246

где n0 - показатель преломления материала световода чувствительной катушки.

При подаче на фазовый модулятор импульсов напряжения, следующих, например, с частотой 1/2оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246 [2], на выходе синхронного детектора наблюдается сигнал вида:

оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246

Для обеспечения большого динамического диапазона измерения угловых скоростей и получения высокой линейности выходной характеристики ВОГ в схеме обработки информации используется так называемый компенсационный метод считывания разности фаз в кольцевом интерферометре ВОГ, суть которого заключается в том, что на фазовый модулятор одновременно с напряжением вспомогательной фазовой модуляции подается компенсирующее фазу Саньяка пилообразное ступенчатое напряжение [2]. В результате сигнал на выходе синхронного детектора приобретает следующий вид:

оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246

где оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246K - сдвиг фаз, вносимый пилообразным ступенчатым напряжением для компенсации разности фаз Саньяка.

Учитывая, что в режиме компенсации оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246S-оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246Kоптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246 0, напряжение на входе синхронного детектора можно представить:

оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246

Одним из основных источников ошибки ВОГ являются паразитные поляризационные эффекты в оптических элементах ВКИ. Выражение для максимально возможного паразитного набега разности фаз лучей, прошедших многовитковую чувствительную катушку ВКИ в двух взаимно противоположных направлениях, можно представить в виде:

оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246

где оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246д - остаточная степень поляризации излучения на выходе источника широкополосного оптического излучения;

h - коэффициент межмодовой поляризационной связи в отрезках световода чувствительной катушки, примыкающих ко второму делителю оптической мощности;

Lp - длина поляризационных биений в световоде чувствительной катушки;

оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246 - центральная длина волны излучения источника;

оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246 - ширина линии излучения источника;

оптическая схема кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа, патент № 2449246 - коэффициент поляризационной экстинкции поляризатора по напряженности электрического поля излучения.

В реальных приборах оптические компоненты ВКИ, такие как поляризатор, второй делитель оптической мощности и фазовый модулятор, объединяются в виде интегрально-оптической схемы (далее по тексту - ИОС) ВОГ. ИОС выполняется на подложке ниобата лития, �


Источник: http://www.freepatent.ru/patents/2449246
X


Оптический вход схема

Оптический вход схема

Оптический вход схема

Оптический вход схема

Оптический вход схема

Оптический вход схема

Оптический вход схема

Оптический вход схема

Оптический вход схема