專利名稱：光纖陀螺用集成光學(xué)調(diào)制器在線測(cè)試方法及其測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖陀螺用集成光學(xué)調(diào)制器在線測(cè)試方法及其測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
Y波導(dǎo)集成光學(xué)器件(Y-IOC)是光纖陀螺中的一個(gè)非常關(guān)鍵的器件。它是在光電晶體材料基片上，采用半導(dǎo)體工藝制備出“Y”字形的平面光波導(dǎo)，通過給波導(dǎo)施加外加電場(chǎng)，改變波導(dǎo)的折射率分布，從而改變通過其中的光的特性。集成光學(xué)調(diào)制器在光纖陀螺中的作用有(1)改變通過的光位相，實(shí)現(xiàn)光纖陀螺的工作點(diǎn)位于最敏感的位置；(2)通過光位相的調(diào)制，實(shí)現(xiàn)光纖陀螺的閉環(huán)控制；(3)實(shí)現(xiàn)精確的光束分光，將一束光均勻的分為兩束，再將兩束光合而為一；(4)對(duì)通過其中的光進(jìn)行偏振濾波，它本身就是一個(gè)高精度的偏振器。該器件的測(cè)試是器件應(yīng)用與光纖陀螺(FOG)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一。目前該器件的測(cè)試均是器件標(biāo)稱參數(shù)的測(cè)試，有插入損耗，半波電壓，尾纖偏振串音，分束比，殘余強(qiáng)度調(diào)制和背向反射，這些測(cè)試均是針對(duì)器件本身進(jìn)行。在測(cè)試方法和測(cè)試環(huán)境等各項(xiàng)上與光纖陀螺的應(yīng)用有較大的區(qū)別。而該器件在光纖陀螺中表現(xiàn)與光纖陀螺系統(tǒng)有密切的聯(lián)系，特別反映在對(duì)于光纖陀螺應(yīng)用中的光電響應(yīng)特性，在器件測(cè)試中均無法反映。這對(duì)該器件在實(shí)際應(yīng)用中的特性考核帶來缺陷。因此，在系統(tǒng)條件下測(cè)試成為一個(gè)測(cè)試的重要環(huán)節(jié)。
以半波電壓為例，半波電壓是光纖陀螺中的一個(gè)基準(zhǔn)電壓，系統(tǒng)的復(fù)位必須以它為參考。所以，該參數(shù)作為一個(gè)器件的關(guān)鍵參數(shù)有一個(gè)精確的測(cè)量值，一般的測(cè)試方法為給器件施加一個(gè)鋸齒波，從光探測(cè)器處檢測(cè)光干涉的輸出，當(dāng)鋸齒波的幅度達(dá)到2π后，由于干涉的周期性，輸出的光強(qiáng)度同鋸齒波電壓為零時(shí)相同，根據(jù)此判據(jù)在示波器上讀出2π電壓(參見軍標(biāo))。由于鋸齒波的頻率與光纖陀螺的實(shí)際調(diào)制不同，鋸齒波的回掃有一定的延遲，測(cè)試中不能夠反映出半波電壓的穩(wěn)定性和復(fù)位后的特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以實(shí)現(xiàn)器件在光纖陀螺中的在線測(cè)試、考核和監(jiān)控，且對(duì)該器件的關(guān)鍵參數(shù)的穩(wěn)定性可以在光纖陀螺實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試、考核，并進(jìn)一步進(jìn)行篩選的光纖陀螺用集成光學(xué)調(diào)制器在線測(cè)試方法及其測(cè)試裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是光纖陀螺用集成光學(xué)調(diào)制器在線測(cè)試方法，其特點(diǎn)在于包括下列步驟(1)首先由測(cè)試系統(tǒng)提供的高穩(wěn)定的光源，耦合注入需要測(cè)量的集成光學(xué)Y波導(dǎo)調(diào)制器中，根據(jù)光輸入輸出的參數(shù)，測(cè)量器件的損耗、分光比等指標(biāo)；(2)將被測(cè)量的集成光學(xué)Y波導(dǎo)調(diào)制器與干涉儀光路(光纖環(huán))熔解耦合，采用手動(dòng)階梯波、方波的調(diào)制信號(hào)，施加給被測(cè)器件；(3)由信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)輸出光路干涉后的電信號(hào)，即位相調(diào)制后的光強(qiáng)度變化，通過器件對(duì)于階梯波的響應(yīng)后復(fù)位曲線的斜率，定量檢測(cè)器件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。
實(shí)現(xiàn)上述方法的光纖陀螺用集成光學(xué)調(diào)制器在線測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于包括光纖干涉光路、高精度穩(wěn)定光源、光電探測(cè)器及前置放大器、調(diào)制解調(diào)部分、高精度方波和階梯波發(fā)生器及調(diào)節(jié)部分，高精度穩(wěn)定光源的輸出與被測(cè)Y波導(dǎo)調(diào)制器的輸入端相接，為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)提供光波；探測(cè)器及前置放大器將整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的光干涉信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過調(diào)制解調(diào)部分送到顯示器顯示；高精度方波和波形發(fā)生器為被測(cè)Y波導(dǎo)調(diào)制器提供測(cè)試波形并進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)；光纖環(huán)構(gòu)成Sagnac干涉儀，對(duì)被測(cè)器件的位相調(diào)節(jié)做出反應(yīng)。
本發(fā)明的原理是在測(cè)試系統(tǒng)中，提供了高穩(wěn)定精度的光源，可以按Y波導(dǎo)測(cè)試要求進(jìn)行插入損耗、分光比、串音等參數(shù)測(cè)試。系統(tǒng)給Y波導(dǎo)集成光學(xué)器件(Y-IOC)施加方波與單一階梯電壓，通過電光參數(shù)的調(diào)制改變相干光的位相差。方波調(diào)制改變了系統(tǒng)的響應(yīng)靈敏度，一個(gè)階梯波來實(shí)現(xiàn)位相差的變化到2π。由于陀螺系統(tǒng)沒有角速度輸入，當(dāng)施加上的調(diào)制電壓達(dá)到調(diào)制器的半波電壓時(shí)，干涉輸出為零，可以從示波器上觀測(cè)到一條直線的底線，此時(shí)施加的電壓即為器件的半波電壓V2π。這一過程與實(shí)際的光纖陀螺完全一致，從光源、耦合器及光纖環(huán)均同光纖陀螺，器件的測(cè)試參數(shù)能夠體現(xiàn)出器件在光纖陀螺中的實(shí)際表現(xiàn)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)在于器件的測(cè)試完全在光纖陀螺的實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行，輸入與輸出與實(shí)際應(yīng)用完全一致，對(duì)器件的考核非常的合理；不僅對(duì)器件的標(biāo)稱參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)增加了系統(tǒng)響應(yīng)的動(dòng)態(tài)測(cè)試參量；對(duì)于器件的穩(wěn)定性考核強(qiáng)化，有利于器件在光纖陀螺中應(yīng)用；測(cè)試參數(shù)全面，可以在一套系統(tǒng)中將關(guān)鍵參數(shù)依次測(cè)量，可對(duì)比性大大加強(qiáng)。選裝偏振控制器之后可以對(duì)器件的偏振特性進(jìn)行考核。所以，該測(cè)試系統(tǒng)可以滿足集成光學(xué)調(diào)制器在陀螺應(yīng)用環(huán)境下關(guān)鍵參數(shù)的在線測(cè)試。


圖1為本發(fā)明中測(cè)試系統(tǒng)的組成框圖；
圖2為本發(fā)明的測(cè)試流程圖圖3為本發(fā)明的測(cè)試響應(yīng)曲線圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)由高精度穩(wěn)定光源1、光纖干涉光路(光纖環(huán))2、光電探測(cè)器及前置放大器3、調(diào)制解調(diào)控制部分4、高精度方波和階梯波發(fā)生器及電位調(diào)節(jié)計(jì)5，高精度穩(wěn)定光源1的輸出與被測(cè)Y波導(dǎo)調(diào)制器6的輸入端相接，為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)提供光波；探測(cè)器及前置放大器3將整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的光干涉信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過調(diào)制解調(diào)控制4部分送到示波器7顯示；高精度方波和波形發(fā)生器及電位計(jì)5為被測(cè)Y波導(dǎo)調(diào)制器6提供測(cè)試波形并進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)，光纖干涉光路2對(duì)被測(cè)器件的位相調(diào)節(jié)做出反應(yīng)。
如圖2所示，本發(fā)明的測(cè)試流程是測(cè)試系統(tǒng)加電之后，經(jīng)過穩(wěn)定后從光接口1測(cè)試光源的功率，即輸入被測(cè)Y波導(dǎo)調(diào)制器件6的光功率P0；熔接器件的輸入端和系統(tǒng)的光接口I，從Y波導(dǎo)調(diào)制器件6的兩個(gè)輸出端口A、B測(cè)試輸入光功率PA、PB、PAMAX、PAMIN、PBMAX和PBMIN等參數(shù)，根據(jù)測(cè)試參數(shù)計(jì)算Y波導(dǎo)調(diào)制器件6的分束比、插入損耗和兩個(gè)輸出端口A、B串音等，其計(jì)算公式見以下的(1)、(2)、(3)式；將Y波導(dǎo)調(diào)制器件6的輸出端A、B與測(cè)試系統(tǒng)的光路輸入端，即光端口2、3熔接，通過高精度方波和波形發(fā)生器施加階梯波，并調(diào)節(jié)電位計(jì)5，改變施加到調(diào)制器6的調(diào)制電壓V，由于是階梯波，所以高、低端電壓的響應(yīng)波形會(huì)不同。從示波器觀測(cè)到如圖3所示的測(cè)試曲線，當(dāng)光電響應(yīng)曲線(圖3中下方曲線)為一水平的直線時(shí)，測(cè)量所施加的階梯波電壓高、低端電壓差ΔV，該壓差使得系統(tǒng)的響應(yīng)相同，根據(jù)半波電壓的定義，所以電壓差為V2π。以此可得出該Y波導(dǎo)調(diào)制器件6的半波電壓、系統(tǒng)響應(yīng)曲線。
階梯波和方波均可以由電位計(jì)5進(jìn)行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)的輸出曲線是系統(tǒng)前置放大器處理之后的信號(hào)。Y波導(dǎo)調(diào)制器件6接入過程非常方便，接入過程中先測(cè)試Y波導(dǎo)調(diào)制器件6的輸入光功率和經(jīng)過其后的輸出光功率，測(cè)試考核Y波導(dǎo)調(diào)制器件6的插入損耗和分束比，根據(jù)不同的測(cè)試規(guī)范，可以測(cè)試該兩項(xiàng)參數(shù)的穩(wěn)定性。根據(jù)不同的要求，本發(fā)明還可以置于溫度環(huán)境進(jìn)行溫度和穩(wěn)定性試驗(yàn)。
Y波導(dǎo)波調(diào)制器件損耗計(jì)算公式Loss=10logP02(PA+PB)---(dB)---(1)]]>分束比計(jì)算公式S=50%±|PA-PB2(PA+PB)|×100%---(2)]]>串音計(jì)算公式η=10logPminPmax(dB)---(3)]]>本發(fā)明中的高穩(wěn)定的寬譜光源1輸出和干涉檢測(cè)的光路(光纖環(huán))2，其穩(wěn)定性與高精度光纖陀螺一致；高穩(wěn)定的寬譜光源1可以采用邊發(fā)光二極管ELED，或超發(fā)光二極管SLD，或?qū)拵姐s光纖光源SFS；高精度、低噪聲的光電探測(cè)器及前置放大器3可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)波形；干涉檢測(cè)的光路(光纖環(huán))2可以為單模光纖或保偏光纖。
此外，還可以外置偏振測(cè)試儀，連接在系統(tǒng)光端口1后的分束器上，對(duì)光路中的光功率、偏振態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.光纖陀螺用集成光學(xué)調(diào)制器在線測(cè)試方法，其特征在于包括下列步驟(1)首先由測(cè)試系統(tǒng)提供的高穩(wěn)定光源，經(jīng)耦合注入需要測(cè)量的集成光學(xué)Y波導(dǎo)調(diào)制器中，根據(jù)光輸入輸出的參數(shù)，測(cè)量器件的損耗、分光比等指標(biāo)；(2)將被測(cè)量的集成光學(xué)Y波導(dǎo)調(diào)制器與干涉儀光路熔接耦合，采用手動(dòng)階梯波、方波的調(diào)制信號(hào)，施加給被測(cè)器件；(3)由信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)輸出光路干涉后的電信號(hào)，即位相調(diào)制后的光強(qiáng)度變化，通過器件對(duì)于階梯波的響應(yīng)后復(fù)位曲線的斜率，定量檢測(cè)器件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖陀螺用集成光學(xué)調(diào)制器在線測(cè)試方法，其特征在于所述的高穩(wěn)定光源為邊發(fā)光二極管(ELED)，或超發(fā)光二極(SLD)，或?qū)拵姐s光纖光源(SFS)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的光纖陀螺用集成光學(xué)調(diào)制器在線測(cè)試方法，其特征在于所述的高穩(wěn)定的寬譜光源的輸出穩(wěn)定性與高精度光纖陀螺一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的光纖陀螺用集成光學(xué)調(diào)制器在線測(cè)試方法，其特征在于還可以通過外置偏振測(cè)試儀，對(duì)光路中的光功率、偏振態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
5.一種光纖陀螺用集成光學(xué)調(diào)制器在線測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于包括光纖干涉光路、高精度穩(wěn)定光源、光電探測(cè)器及前置放大器、調(diào)制解調(diào)控制部分、高精度方波和階梯波發(fā)生器及調(diào)節(jié)部分，高精度穩(wěn)定光源的輸出與被測(cè)Y波導(dǎo)調(diào)制器的輸入端相接，為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)提供光波；探測(cè)器及前置放大器將整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的光干涉信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過調(diào)制解調(diào)部分送到顯示器顯示；高精度方波和波形發(fā)生器為被測(cè)Y波導(dǎo)調(diào)制器提供測(cè)試波形并進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)；光纖環(huán)構(gòu)成Sagnac干涉儀，對(duì)被測(cè)器件的位相調(diào)節(jié)做出反應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖陀螺用集成光學(xué)調(diào)制器在線測(cè)試方法，其特征在于所述的高穩(wěn)定光源為邊發(fā)光二極管(ELED)，或超發(fā)光二極(SLD)，或?qū)拵姐s光纖光源(SFS)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的的光纖陀螺用集成光學(xué)調(diào)制器在線測(cè)試方法，其特征在于所述的高穩(wěn)定的寬譜光源的輸出穩(wěn)定性與高精度光纖陀螺一致。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的的光纖陀螺用集成光學(xué)調(diào)制器在線測(cè)試方法，其特征在于還包括可以對(duì)光路中的光功率、偏振態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的外置偏振測(cè)試儀。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的的光纖陀螺用集成光學(xué)調(diào)制器在線測(cè)試方法，其特征在于所述的被測(cè)Y波導(dǎo)調(diào)制器留有三個(gè)光接口，一個(gè)輸入接口，兩個(gè)輸出接口。
全文摘要
光纖陀螺用集成光學(xué)調(diào)制器在線測(cè)試方法，首先由測(cè)試系統(tǒng)提供的高穩(wěn)定光源，經(jīng)耦合注入需要測(cè)量的集成光學(xué)Y波導(dǎo)調(diào)制器中，根據(jù)光輸入輸出的參數(shù)，測(cè)量器件的損耗、分光比等指標(biāo)；然后將被測(cè)量的集成光學(xué)Y波導(dǎo)調(diào)制器與干涉儀光路熔接耦合，采用手動(dòng)階梯波、方波的調(diào)制信號(hào)，施加給被測(cè)器件；最后由信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)輸出光路干涉后的電信號(hào)，通過器件對(duì)于階梯波的響應(yīng)后復(fù)位曲線的斜率，定量檢測(cè)器件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；其測(cè)試系統(tǒng)由光纖干涉光路、高精度穩(wěn)定光源、光電探測(cè)器及前置放大器、調(diào)制解調(diào)控制部分、高精度方波和階梯波發(fā)生器及調(diào)節(jié)部分等組成。本發(fā)明中被器件的測(cè)試完全在光纖陀螺的實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行，不僅對(duì)器件的標(biāo)稱參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)增加了系統(tǒng)響應(yīng)的動(dòng)態(tài)測(cè)試參量，滿足集成光學(xué)調(diào)制器在陀螺應(yīng)用環(huán)境下關(guān)鍵參數(shù)的在線測(cè)試。
文檔編號(hào)G01M11/02GK1664538SQ20041000342
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2004年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月1日
發(fā)明者伊小素, 肖文, 王妍 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)