光纤sagnac环的研究现状及其应用

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1、第6期郭安华等：光纤Sagnac环的研究现状及其应用到移动的干涉条纹。Sagnac指出，条纹移动数与干涉其中，为真空中波长。仪的角速度及环路所同的面积成正比。这就是Sa．gnac效应，随着光线传感技术的发展，Sagnac效应在2光纤Sagnac环应用传感领域中的应用越来越广泛。2．1光纤陀螺屏幕基于Sagnac效应的光纤Sagnac环首先被用于光纤陀螺中。光纤陀螺仪(OFG)实际上是一种Sagnac干涉仪，是一种新型的陀螺，目前已成为一航空航毛天领域中最早最成熟的光纤传感器产品，并成为下一代的主要惯性传感器。1976年，美国犹他大学的ViclorVali和RichardW．Short

2、hill首次在实验室≮内演示了光纤陀螺原理，标志着光纤陀螺的诞生。现代陀螺仪包括干涉式陀螺仪和谐振式陀螺仪，而干涉型陀螺图1Sagnac发明的环形干涉仪仪又有开环和闭环两种类型，它们的设计依据都是光纤Sagnac干涉环基于Sagnac效应，图2为用光Sagnac的理论。光纤陀螺具有体积小、质量轻、精度耦合器制作成的Sagnac干涉仪示意图，用长为，J的光极高、寿命长、可靠性好、响应速度快，并且不易受电纤绕成半径为尺的光纤圈，用耦合器将光纤环的两端磁和振动的影响等诸多优点，使其在航空航天，汽车连接起来即可。由于这类光干涉仪没有活动部件，的定位导航，机载系统和惯性制导等领域得到了广没有非

3、线性效应和低转速时激光陀螺的闭锁区，因泛的应用。而非常有希望制成高性能低成本的器件。入射光经从20世纪90年代开始，国外光纤陀螺就开始逐光耦合器后分成两束后各自在环中绕一周后仍在光步进人产业化发展阶段，可实现批量生产。具有规纤耦合器处相遇并发生干涉。相向传输的两束光是模生产能力的光纤陀螺制造商主要分布在美、德、法被透射还是被反射，由它们的相对相位决定。如果等国，美国在光纤陀螺领域一直保持着领先地位。采用3dB耦合器，入射光将被全部反射，此时Sagnac如美同诺斯罗普公司生产的IMU200由j个光纤陀环相当于一个全反镜。螺与三个石英加速度计构成，主要应用于高可靠性导弹武器系统；关键性能

4、参数为光纤陀螺精度0．5(。)／h(1)，标度因数精度100x10-6体积4．5inx4．5inx3．5in，质量2．9lb，功耗小于10w⋯。推广干涉型光纤陀螺技术(IFOG)应用的最大挑战之一是成本问题。IFOG中使用了大量的保偏光纤(PMF)。国外在20世纪80年代就已经掀起了PMF的研究与应用高潮，国内虽也在20世纪80年代就开图2光纤Sagnac~始PMF的研究，但由于技术落后，保偏产品至今无法当环形光路相对于惯性空间有一转动时(设满足需求。现在国外在PMF生产和应用领域已相当垂直于环路平面)，则对于顺、逆时针传播的光，将产成熟，而国内相同产品的性能指标和国外相比仍旧生一非

5、互易的光程差有很大差距，这也成为我国光纤传感技术和惯导技术发展的最大障碍。在光纤陀螺及光纤水听器研制△L：4A,(2(1)(’过程中，保偏光纤起着举足轻重的作用，并可用于军其中，／4是环形光路的面积；c为真空中的光速。用惯导和声呐，属于高科技产品，因而保偏光纤一直当环形光路由n圈单模光纤组成时，对应顺、逆被西方发达国家对我禁运的清单。消偏技术对高性时针光速之间的相位差为能的IFOG来说，具有极大的吸引力，为了使消偏陀△=Q(2)螺技术达到导航级的性能，必须解决一些关键技术。20光电技术应用第28卷纵观光纤陀螺30多年来的发展，其在技术上已Sagnac环中嵌入Sinc函数采样布拉格光栅

6、、啁啾采样经取得了长足的进步，中低端的产品已经实现产业布拉格光栅等。也可以嵌入高双折射光纤构成梳状化，以后将主要面向高精度和低成本的光纤陀螺。滤波器。国内的相关产品仍然与国际先进水平有很大差距，由于单个均匀光纤光栅Sagnac环信道隔离度但近年来发展势头迅猛，有望在短期内实现技术突差，王巍等lI1]提出了级联Sagnac环组成梳状滤波器破。的思想。对于三阶Sagnac环级联，实现了通道间隔为0．8nm／FWHM为0．1nm的梳状滤波器，在相同信2．2光纤Sagnac~滤波器道间隔下使得FWHM降低为单环的1／4，提高了系统在传感领域，光纤Sagnac环作为其中重要器件，信道隔离度。图

7、4为级联Sagnac滤波器，ISO为隔离器，用来防止下级环的反射光干扰上级环。可以推具有制作简单，灵敏度高且与输入光的偏振态无关等优点。光纤Sagnac环还可以做成光纤滤波器，具得，级联Sagnac环的透射率为各单环的透射率之积。有性能稳定、结构简单、便于调节通道问隔等优点。图3显示了在现代光通信系统中光滤波器的典型应用。在Sagnac环中加入啁啾光纤光栅或者均匀光纤布拉格光栅，经过耦合器分成相向传输的两束光会被光纤光栅反射，由光纤耦合器的两臂长差引起的相