光纤陀螺中的光电材料与光纤器件


1 光的偏振维持光纤线/细经光纤线/配对型保偏光纤

光纤陀螺比较敏感电磁线圈中的光纤线长短必须五百米至一公里，用一般的单模生产制造光纤线圈环是不适宜的。大家都知道两束具备同样的光波长，同样的光的偏振态，同样的光抗压强度，而且处在相干长度内的眼会造成最好相关度的比较稳定的光干预。可是当光传送历经单模时，因为单模的非匀称性，键入的线偏振光将溶解为份量的形式散播，而且原料的非匀称性和受环境危害，使份量的尺寸和快速传播顺着直播室内空间不规则变化，这类所说的相位滞后使光的偏振态椭园化，具备了时间与空间的可变性。具备可变性光的偏振态的两束光在历经捡偏器后的相干光抗压强度可能随時间涨跌。在干预型光纤陀螺中，顶角速度的衡量是根据对相干光强的检测而建立的。因而用单模生产制造的陀螺图片是不稳定的。光的偏振维持光纤线是利用在光纤线中提升地应力区，使光纤线内具备明确的压力分散的单模。这类地应力遍布应远高于外界的影响，那样，当平面图偏振光的震动方位与保偏光纤的直线光轴一致时，光将顺着这一方位一直散播下来，维持了光的偏振相关的可靠性。针对高精密光纤陀螺，务必用高品质的保偏光纤生产制造比较敏感圈环。光纤陀螺顶角速度的精确度与光纤线圈环中的光纤线长短成占比，为了更好地使光纤陀螺微型化，光纤陀螺必定会应用 0.08mm 上下的细经保偏光纤。细经保偏光纤是保偏光纤发展趋势的方位。在保偏的光学元件中，光纤耦合器也一定是保偏的。为了更好地生产制造保偏光纤耦合器，还必须有配对型保偏光纤和常用的生产制造机器设备。

2 超辐射源二极管/高灵敏宽带网络/PIN-FET

当光在五百米长的光纤线中传递时，瑞利散射对陀螺图片的直接影响是需要考量的。背向的瑞利散射与该方位上的传送光造成的相干光抗压强度会影响陀螺图片的一切正常輸出，产生瑞利噪音。在光纤陀螺中瑞利散射与传送光中间的相位角并不是时间常数，只是随光纤线不一样的地方而转变 ，但绝大多数的相位角换句话说光程差都超过 SAGNAC 相位，显而易见，只需应用短相干长度的灯源就可以除去大多数的瑞利噪音，提升陀螺图片特性。为了更好地实现之上目地，与此同时充分考虑激光功率的必须 ，在光纤陀螺中采用了宽带光源超辐射源二极管（ SLD ） , 这类半导体材料二极管处于 LD 和 LED 中间，譜宽在 30nm 之上，发亮高效率应不少于 150mW / 100 μ A （出纤）。超辐射源二极管在光纤陀螺中占据很重要的影响力，除开以上提及的规定外，也有工程项目上的一些特别要求。可是现在就超辐射源二极管开展系统性的构造和加工工艺科学研究很少，元器件产品研发和陀螺图片运用中间还未产生稳步发展，这类状况是迫切需要改进的。有源器件中也有一项关键元器件是高灵敏宽带网络 PIN-FET 。高灵敏与宽带网络是分歧的，导致了这类元器件产品研发的难度系数。

3 特殊光纤耦合器

在光纤陀螺中采用的光纤耦合器是特殊光纤耦合器。关键有三类：保偏光纤耦合器、 1 × 3 （ 1 × 4 ）光纤耦合器、独特光波长光纤耦合器。 保偏光纤耦合器的基本概念与规范光纤耦合器类似，可是生产制造保偏光纤光纤耦合器的设施是常用的，还需要相互配合一系列专用型技术性，在其中包含光纤线平行面熔化拉锥、直线光轴调整与测量、熔化拉锥加工工艺流程中的维持直线光轴平稳、元器件封裝等。除此之外针对保偏光纤也是有特别要求，专用型的光纤线务必具是折光率配对型保偏光纤。1 × 3 （ 1 × 4 ）光纤耦合器也需要合乎保偏元器件的规定。光纤陀螺中的独特光波长光纤耦合器用以自发辐射型的掺饵光纤线灯源，和 EDFA 中的光纤耦合器同样。 为了更好地减少拉斯效用的危害，用以高精密光纤陀螺中的光纤耦合器对分束比有较高的规定。

4 多用途集成化光元器件

光纤陀螺中采用的智能集成化光元器件的关键作用包括光的偏振、相位差调配跟光分开。取代用以全光纤陀螺中的光的偏振器、相位调制器和光纤耦合器。生产制造集成化电子光学元件的衬底原材料能够有各种挑选，如 Ⅲ- Ⅴ属半导体材料、在光伏材料上制取的二氧化硅、夹层玻璃等。但针对光纤陀螺而言，最好是的挑选或是铌酸锂原材料（ lithium niobate --- LiNb03），这是由于这类材质有着不错的光电特性，当根据电级对光波导入的增加电磁场时，光波导入的的折光率将产生对应的转变，并使光波造成相位，这类相位差调配特性针对干预型光纤陀螺而言是十分必要的。解调器上的电极材料是根据第二次蚀刻将金属材料制做在光波导入的两边。在衬底上紧挨着的电级电容器大概为 10pF, 对 50 负荷特性阻抗的调配网络带宽为 300MHz, 针对光纤陀螺而言 , 那样的网络带宽现已能用了。在那样网络带宽范畴内 , 解调器的回应是平整的 , 使集成化电子光学相位调制器在光纤陀螺中变成一种理想化的元器件。LiNb0 集成化电子光学光波导入的一般 是用鈦（ TI ）蔓延技术性生产的。为了更好地取得最好高效率 , 必不可少将结晶生产加工成 X- 径向 (X 轴与衬底面竖直 ) 、 Y- 向散播的光波导入的 ( 即光波导入的与 Y 轴平行面 ) 。因此，与 Z 轴水平的 ，即 TE 模能受平行面于光波导入的的金属电极合理调配。在集成化光元器件里将光波导入的设计方案成 Y 型，并在单 Y 型光波导入的的分道路上各自做上电级，促使 Y 型光波导入的既是相位调制器又等同于全光纤陀螺中的光纤线分开器。钛蔓延光波导入的的不足之处是，在钛蔓延升温的时候会产生衬底表层 扩散的情况进而造成一个十分偏振光的内寄生平面图光波导入的（即 X －切的 TE 模） , 这类内寄生的平面图光波导入的会在一切正常蔓延的光波导入的间造成光的泄露或光波导入的间的串频。质子互换是处理钛蔓延光波导入的缺陷的有效的方式。质子互换是在较低的环境温度下（约 200 － 300 ℃ ）开展的，那样就规避了高溫下扩散的难题，可是超低温互换会使元件的长时间可靠性差。应用淬火技术性能使使用寿命明显增强，如今的质子互换对光纤陀螺而言已变成一种非常好的挑选，由于，根据质子交换技术可得到光波导入的的高偏振度，而高偏振度是高精密陀螺图片的必备条件。

5 EDFA

在光通讯行业中 EDFA 用以特殊光波长下的光信号灯不亮变大，这类放大仪被称作掺饵光纤传感器。用液压柱塞泵灯源鼓励掺饵光纤线并使其工作中在自发辐射情况，这时掺饵光纤线的输入输出是光波长与激光功率平稳的宽带光源，这类灯源的出纤激光功率大，促使提升光纤线圈环中的光纤线长短变成很有可能，进而完成光纤陀螺的高灵敏。还有一个突显特点是光纤线灯源的光波长平稳，改进了光纤陀螺由光波长飘移所产生的多变性。EDFA 用以光纤陀螺必须做很多改善，包含适用手机陀螺仪应用的，与微型化有关的一系列加工工艺和工艺的改善。用掺饵光纤线灯源的光纤陀螺在海外早已产品化，这类高精密陀螺图片已被用以船舰的网站导航。

6 光纤线消偏器

光纤陀螺的发展趋势，一方面向高精密，另一方面是朝着成本低。特别是在低中精密度的光纤陀螺拥有巨大的应用商店，倘若成本费过高，则将丧失核心竞争力。控制成本的要素是各个方面的，但就陀螺图片本身来讲，消偏陀螺图片是合理的方式。在前面大家早已详细介绍，在光纤陀螺中的光的偏振噪音是因为线偏振光传送根据单模时变为不稳定的椭园偏振光所造成的。当以顺时针和以反方向方位的椭圆偏振光在捡偏方位产生干涉现象时，干预光照强度不稳定，导致了陀螺图片輸出的飘移。假如顺时针或反方向方位的椭圆偏振光各自以正交和方法发生，一对正交和的椭圆偏振光照强度在捡偏方位上是相辅相成的，她们也是互相相关的的，那么輸出干预光照强度将是比较稳定的。消偏器在光纤陀螺中就能起那样的功效。光纤线消偏器用2段长短不一样的保偏光纤做成，主光轴互余 45 度。这类消偏器称之为 Lyot 型消偏器，是一种独特的光纤线无源器件。

7 微中小型光纤线偏振控制器

全单模的光纤陀螺是能够完成的，乃至不用应用光纤线消偏器。为了更好地使这类陀螺图片处在较好的运行状态，在环路中需添加一个光纤线偏振控制器。偏振控制器的机理是清晰的，可是做为光纤陀螺中运用，要完成微型化和高光的偏振稳定性确是有困难的。应用小型光纤线偏振控制器能够做成成本低的全单模陀螺图片，这类方式的光纤陀螺有普遍的应用商店，如用以车辆网站导航、智能机器人等。

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