低損耗光學(xué)陀螺儀裝置的制造方法
【專利說明】低損耗光學(xué)陀螺儀裝置
[0001] 對相關(guān)申請的引用
[0002] 本專利文件要求2013年6月11日在美國臨時專利申請的專利號為No.61/833,633 的題為"低損耗光學(xué)巧螺儀裝置"的優(yōu)先權(quán)益。上述提及的專利申請的全部內(nèi)容通過引用并 入本文作為公開內(nèi)容的一部分。
[000；3]背景
[0004] 本專利文件設(shè)及光學(xué)巧螺儀光學(xué)角度傳感。角度傳感應(yīng)用廣泛，包括如導(dǎo)航、動作 傳感、運動控制，包括物體穩(wěn)定控制、游戲機控制器、掌上設(shè)備，如智能手機等。光學(xué)巧螺儀 測量原理是利用兩束反方向傳播的光束由于轉(zhuǎn)動引起的干設(shè)圖像的變化來測量轉(zhuǎn)動。許多 光學(xué)干設(shè)儀是基于光學(xué)Sagnac干設(shè)裝置的，包括各種干設(shè)型光纖巧螺儀(IFOGs)。運種光學(xué) 巧螺儀的設(shè)計沒有運動部件，從而不會有擺動和運動部件的巧螺儀的磨損因素。光纖巧螺 干設(shè)儀已經(jīng)被商業(yè)化和大規(guī)模生產(chǎn)，可用于各種軍事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用中，包括對飛機、船 蔚白、和陸地車輛中精密旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)角度的檢測。
[0005] 圖.1分別顯示了基于在自由空間反射的光環(huán)路和光纖環(huán)形成的Sagnac干設(shè)儀的 光巧螺。圖.1中的Sagnac干設(shè)儀采用一個輸入分束器(BS1)接收Sagnac干設(shè)儀的輸入光，并 引導(dǎo)返回的光從Sagnac干設(shè)儀進入光電探測器(PD)來檢測Sagnac干設(shè)儀的干設(shè)信號。第二 個分束器(BS2)禪合到Sagnac干設(shè)儀的光學(xué)回路，如圖所示，產(chǎn)生兩個反方向傳播的光束。 把一個光學(xué)偏振片(起偏器)放在兩個分束器(BS1和BS2)之間，確保第二個分束器兩束禪合 進光纖環(huán)的偏振光光束光功率相等。第二個分束器把入射光在光學(xué)回路中分成兩束同等偏 振態(tài)的反方向傳播的光束，由于兩束光有同樣的偏振態(tài)，它們在同一分束器(BS2)重組相互 干設(shè)。在BS2的部分重組光與光干設(shè)信息被引導(dǎo)到第一個分束器(BSl)，它使重組光的一部 分進入光電探測器進行檢測。為了增加靈敏度和可靠性，運個光環(huán)路可W設(shè)計成一個很長 的回路，例如，用一個相對較長的光纖環(huán)(幾百到幾千米的光纖)來形成光學(xué)回路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本文件包括低損耗光學(xué)巧螺儀設(shè)計。基于光學(xué)干設(shè)設(shè)備的光學(xué)巧螺儀裝置和方法 被用來減少光損耗和增強設(shè)備能源效率。在一個設(shè)計中，光學(xué)巧螺儀采用了光偏振控制，W 減少進入及離開光環(huán)路時的光學(xué)損耗。
[0007] 本設(shè)計提供的一種使用光學(xué)巧螺儀傳感光環(huán)路進行角度傳感的方法。該方法包括 使用一個第一個光學(xué)偏振選擇設(shè)備去接收輸入光偏振器中的輸入光偏振光，并使輸出光沒 有大的損耗;使用一個偏振旋轉(zhuǎn)裝置接收來自第一個偏振選擇設(shè)備的輸出光，并將所接收 光的偏振方向旋轉(zhuǎn)45度形成偏振旋轉(zhuǎn)光;使用一個第二個光學(xué)偏振選擇器接收來自偏振旋 轉(zhuǎn)器的偏振旋轉(zhuǎn)光，偏振旋轉(zhuǎn)器將偏振旋轉(zhuǎn)光分為兩束不同偏振方向的光，第二束光與第 一束光的偏振方向相互正交;將一個光環(huán)路通過第二偏振選擇器將第一束光禪合進入光環(huán) 路的第一端口，并沿著第一方向傳輸;通過第二偏振選擇器將第二束光禪合進入光環(huán)路的 第二端接口，并沿著與第一束光方向相反的第二方向進行傳輸;設(shè)置光環(huán)路和第二個光偏 振選擇設(shè)備，使來自光環(huán)路并在光環(huán)路傳播后的第一和第二個光束能夠重新匯合形成一個 返回光束，并再次通過偏振旋轉(zhuǎn)器和第一偏振選擇設(shè)備，形成攜帶了光環(huán)路的轉(zhuǎn)動信息的 第一個光偏振選擇設(shè)備輸出光;通過對偏振旋轉(zhuǎn)器和偏振選擇設(shè)備進行設(shè)置，使得相向傳 輸?shù)膬墒馄穹较蛳嘁恢?，所W在運個傳輸過程中光的損耗很小;使用一個光學(xué)探測器 接收第一個光偏振選擇設(shè)備的輸出光，并根據(jù)運個返回輸出光產(chǎn)生一個檢測信號;處理該 檢測信號來提取光環(huán)路所感受的旋轉(zhuǎn)。
[000引另一個方案，一種通過傳感光環(huán)路感受旋轉(zhuǎn)的光學(xué)巧螺儀，包括一個第一個光學(xué) 偏振選擇設(shè)備，去接收輸入偏振光中的輸入光，并產(chǎn)生沒有大的損耗的輸出光;一個位于巧 螺儀中的偏振旋轉(zhuǎn)器接收來自第一偏振選擇設(shè)備的輸出光，并將所接收光的偏振方向旋轉(zhuǎn) 45度來產(chǎn)生偏振旋轉(zhuǎn)光;一個位于巧螺儀中的第二個光偏振選擇器接收來自偏振選擇器的 偏振旋轉(zhuǎn)光，并將偏振旋轉(zhuǎn)光分為兩束偏振方向相互正交的光;一個光環(huán)路的第一端與第 二個偏振選擇器禪合接收第一種傳播方向的光束，第二端與第二個偏振選擇器禪合接收與 第一束傳播方向相反的第二束光;光環(huán)路和第二個光偏振選擇器被設(shè)置成，使來自光環(huán)路 傳播后的第一和第二個光束能夠重新結(jié)合，形成攜帶著光環(huán)路所經(jīng)歷的旋轉(zhuǎn)信息的返回光 束，運一束偏振光通過偏振旋轉(zhuǎn)器到達第一個光偏振選擇設(shè)備，將返回的光束作為輸出光 束;一個位于巧螺儀里的光學(xué)探測器接收第一個光偏振選擇設(shè)備的輸出光，根據(jù)返回輸出 光構(gòu)造產(chǎn)生一個檢測信號；一個信號處理單元處理檢測信號提取光環(huán)路所經(jīng)歷的旋轉(zhuǎn)信 息。
[0009] 上述各方面的說明和要求與它們的實施方案在附圖中有更詳細的描述。
[0010] 附圖的簡要說明
[0011] 圖1展示了基于自由空間元器件搭建的干設(shè)儀的光學(xué)巧螺儀設(shè)計。
[0012] 圖2展示了基于光纖干設(shè)儀的光學(xué)巧螺儀設(shè)計。
[0013] 圖3展示了基于一種低損耗的光學(xué)巧螺儀的基本設(shè)計。
[0014] 圖4A和4B例舉了另一種使用兩個偏振分光棱鏡的低損耗光學(xué)巧螺儀設(shè)計。其中 圖.4A使用立方體型偏振分束棱鏡(偏振分束器)實現(xiàn)低損耗光纖巧螺(FOG)的一個說明?？?W W-個忍片大小光源集成在虛線框內(nèi)部，W減少體積和造價。在運種情況下，沒有保偏光 纖尾纖對光源的要求。圖.4B:偏振分束器和波片的相對取向。偏振分束器2 (PBS2)和PBSl有 相同的方位(x，y)，波片的慢軸和快軸(s，f)很好的W45度角與PBS的光軸對準。如果使用了 法拉第旋轉(zhuǎn)器，那么它在(x，y)平面的方位并不需要確定。為了有更好的性能，兩個偏振光 纖尾纖可W用來代替運兩個保偏光纖尾纖。
[0015] 圖5A和5B例舉了另一種使用一個偏振分光棱鏡和一個渥拉斯頓棱鏡低損耗的光 學(xué)巧螺儀設(shè)計。其中圖5.A:實現(xiàn)第二種低損耗光纖巧螺(FOG)的說明。也可W W-個忍片大 小光源集成在虛線框內(nèi)部，W減少體積和造價。在運種情況下光源對保偏光纖尾纖沒有要 求。圖5. B:渥拉斯頓棱鏡和波片與PBSl的相對取向。PBSl和渥拉斯頓棱鏡具有相同的方位 (x，y)，波片的慢軸和快軸(s，f)很好的W45度角與PBS的光軸對準。如果使用了法拉第旋轉(zhuǎn) 器，那么它在(x，y)平面的方位并不需要確定。為了有更好的性能，兩個偏振光纖尾纖可W 用來代替運兩個保偏光纖尾纖。
[0016] 圖6A和6B例舉了另一種在圖5基礎(chǔ)上，使用低成本光源的低損耗的光學(xué)巧螺儀設(shè) 計。其中圖6. A:實現(xiàn)第二種無損耗光纖巧螺（FOG)的說明。一個低成本的光盤激光器或 VCS化激光器(垂直腔面發(fā)射激光器)可W集成在同一包裝內(nèi)。激光器在低相干長度操作闊 值下很好的運行。圖6.B:渥拉斯頓棱鏡和波片與PBSl的相對取向。PBSl和渥拉斯頓棱鏡具 有相同的方位(X，y )，波片的慢軸和快軸(S，f)很好的W 45度角與PBS的光軸對準。如果使用 了法拉第旋轉(zhuǎn)器，那么它在(x，y)平面的方位并不需要確定。為了有更好的性能，兩個偏振 光纖尾纖可W用來代替運兩個保偏光纖尾纖。
[0017] 圖7A和7B例舉了另一種使用兩個渥拉斯頓棱鏡的低損耗的光學(xué)巧螺儀設(shè)計。圖 7.A:實現(xiàn)第S種低損耗光纖巧螺(P-FOG)的說明。圖7.B:兩個渥拉斯頓棱鏡和波片與PBS的 相對取向。兩個渥拉斯頓棱鏡具有相同的方位(x，y)，波片的慢軸和快軸（s，f)很好的W45 度角與渥拉斯頓棱鏡的光軸對準。如果使用了法拉第旋轉(zhuǎn)器，那么它在(x，y)平面的方位并 不需要確定。
[0018] 圖8例舉了另一種在圖7A和圖7B基礎(chǔ)上，使用電光波導(dǎo)忍片進行相位調(diào)制的