光纤陀螺及其制作过程中在线检测光纤耦合质量的方法

技术领域

    本发明涉及一种传感装置，尤其涉及一种光纤陀螺及其制作过程中在线检测光纤耦合质量的方法。

背景技术

集成光学技术起源于二十世纪八十年代初，受启发于集成电路，把多个光学分离器件集成在同一芯片上，减小系统的体积和重量，提系统高可靠性。

经过近三十年的研发，集成光学器件国外已进入产业化阶段，以光强度调制器和用于光纤陀螺的Y波导集成光学器件为代表品种。

光纤陀螺（FOG）是利用光纤传感技术测量空间惯性器件角速率的一种新型传感器，其基本结构如图1所示。与激光陀螺和机械陀螺相比，光纤陀螺具有体积小、重量轻、精度高、启动时间短、动态范围宽、功耗小、成本低、寿命长、无机械转动部件等优点，广泛用于惯性参考、导航、姿态控制、导向、石油转井平台等许多海陆空军民两用领域。

现有技术中的光纤陀螺的制作过程为：首先将Y波导设置于基片上，然后将Y波导分叉端（也即输出端）的两个端头分别与两条辅助尾纤（如图中标记7所示部件）进行耦合（其连接处如图中标记A所示），在耦合过程中，向Y波导施加光激励，通过检测从辅助尾纤的自由端（即辅助尾纤上靠近B位置处那端）输出的光参数来对耦合状态进行监控，当Y波导与辅助尾纤的耦合状态达到要求后，再采用光纤熔接机等设备将两条辅助尾纤的自由端分别与光纤环的两个连接端进行连接（其连接处如图中标记B所示）；

前述的现有技术存在的问题有：首先，该技术在制作光纤陀螺时，仅能对Y波导与辅助尾纤之间的连接质量进行检测，而无法对辅助尾纤与光纤环之间的连接质量进行检测，这就导致在连接辅助尾纤和光纤环时，辅助尾纤与光纤环之间的熔接点极易由于端面反射等效应而引入额外噪声，造成信噪比下降，同时会引入熔接损耗，最终将导致光纤陀螺的精度降低；其次，由于各条光纤之间的连接处无硬件结构为其提供保护和支撑，连接处容易发生断裂，导致光纤陀螺的寿命和质量大幅降低；另外，前述的光纤陀螺制作过程中还存在需要对光纤进行多次连接操作的问题，导致光纤陀螺制作过程十分复杂，成本较高。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种光纤陀螺，它由基片、Y波导、两条直波导、两条尾纤、光纤环和陪片组成；

Y波导设置于基片上，Y波导右端为分叉端，Y波导分叉端的两个端头的轴心线互相平行且与基片右端端面垂直，Y波导分叉端的两个端头的端面与基片右端端面齐平；

两条直波导分别设置于基片上Y波导的两侧，直波导的轴心线与Y波导分叉端端头的轴心线平行，直波导右端端面与基片右端端面齐平；

光纤环的两个连接端设置于陪片上，两个连接端的轴心线互相平行且与陪片左端端面垂直，两个连接端的端面与陪片左端端面齐平；

两条尾纤设置于陪片上，且两条尾纤分别位于光纤环的两个连接端的外侧；尾纤的轴心线与光纤环的连接端的轴心线互相平行，尾纤左端面与陪片左端端面齐平；

两条尾纤和两条直波导的位置一一对正设置，Y波导分叉端的两个端头和光纤环的两个连接端的位置一一对正设置；光纤环的两个连接端和Y波导分叉端的两个端头通过阵列耦合工艺一一对应地耦接，尾纤和直波导通过阵列耦合工艺一一对应地耦接，同时，陪片左端与基片右端固定连接。

采用前述结构后，光纤陀螺中的各条光纤的耦接可通过一次工艺完成，简化了光纤陀螺的制作过程，降低了制作的难度，同时，Y波导与光纤环之间的连接点数量得到了减少，提高了整个传输光路的机械性能；另外，光纤之间的连接处位于基片和陪片所形成的刚性结构体的中部，使连接点得到了很好的保护，不容易发生断裂，提高了光纤陀螺的质量和寿命；

基于前述的结构，本发明还提出了一种光纤陀螺制作过程中在线检测光纤耦合质量的方法，该方法步骤为：1）在基片上设置Y波导，Y波导右端为分叉端，Y波导分叉端的两个端头的轴心线互相平行且与基片右端端面垂直，Y波导分叉端的两个端头的端面与基片右端端面齐平；

2）在基片上设置两条直波导，两条直波导分别设置于基片上Y波导的两侧，直波导的轴心线与Y波导分叉端端头的轴心线平行，直波导右端端面与基片右端端面齐平；

3）将光纤环的两个连接端设置在陪片上，两个连接端的轴心线互相平行且与陪片左端端面垂直，两个连接端的端面与陪片左端端面齐平；光纤环的两个连接端的轴心线之间的间距与Y波导分叉端的两个端头轴心线之间的间距相同；

4）在陪片上设置两条尾纤，两条尾纤分别位于光纤环的两个连接端的外侧；尾纤的轴心线与光纤环的连接端的轴心线互相平行，尾纤左端面与陪片左端端面齐平；两条尾纤轴心线之间的间距与两条直波导的轴心线之间的间距相同；

5）采用阵列耦合工艺，将两条尾纤和两条直波导一一对应地耦接，同时，将光纤环的两个连接端和Y波导分叉端的两个端头一一对应地耦接；

6）在阵列耦合工艺的操作过程中，向直波导的左端输入光激励，采用检测设备对尾纤右端的输出光进行检测，根据输出光的检测结果判断尾纤和直波导之间的耦合状态的优劣：

若尾纤和直波导之间的耦合状态满足要求，则说明Y波导和光纤环之间的耦合状态也满足要求，无需对阵列耦合工艺的工艺参数进行调整；若尾纤和直波导之间的耦合状态不满足要求，则说明Y波导和光纤环之间的耦合状态也不满足要求，需要对阵列耦合工艺的工艺参数进行调整。

前述方法的检测原理为：尾纤、直波导之间的连接操作和Y波导、光纤环之间的连接操作均采用相同工艺、相同参数、同时耦接，机械化设备可保证两种连接操作的一致性，因此，可借由检测尾纤和直波导之间的耦合质量来反应Y波导和光纤环之间的耦合质量，从而使本发明方法在降低制作工艺难度的同时，还保证了光纤陀螺内的光纤耦合质量，使光纤陀螺在机械性能、检测精度和使用寿命等多方面的性能得到全面提高。其中，检测输出光参数的设备和原理与现有技术相同，阵列耦合工艺也采用现有的成熟设备。

    本发明的有益技术效果是：降低了光纤陀螺的制作难度，简化了制作工艺，提高了光纤陀螺内部光纤的机械性能，从结构上保证了可在光纤陀螺的制作过程中对光纤耦合质量进行在线检测，并在线调整耦合工艺。

附图说明

图1、现有的光纤陀螺的结构示意图；

图2、本发明的光纤陀螺的结构示意图。

具体实施方式

一种光纤陀螺，其结构为：它由基片1、Y波导2、两条直波导3、两条尾纤4、光纤环5和陪片6组成；

Y波导2设置于基片1上，Y波导2右端为分叉端，Y波导2分叉端的两个端头的轴心线互相平行且与基片1右端端面垂直，Y波导2分叉端的两个端头的端面与基片1右端端面齐平；

两条直波导3分别设置于基片1上Y波导2的两侧，直波导3的轴心线与Y波导2分叉端端头的轴心线平行，直波导3右端端面与基片1右端端面齐平；

光纤环5的两个连接端设置于陪片6上，两个连接端的轴心线互相平行且与陪片6左端端面垂直，两个连接端的端面与陪片6左端端面齐平；

两条尾纤4设置于陪片6上，且两条尾纤4分别位于光纤环5的两个连接端的外侧；尾纤4的轴心线与光纤环5的连接端的轴心线互相平行，尾纤4左端面与陪片6左端端面齐平；

两条尾纤4和两条直波导3的位置一一对正设置，Y波导2分叉端的两个端头和光纤环5的两个连接端的位置一一对正设置；光纤环5的两个连接端和Y波导2分叉端的两个端头通过阵列耦合工艺一一对应地耦接，尾纤4和直波导3通过阵列耦合工艺一一对应地耦接，同时，陪片6左端与基片1右端固定连接。

一种光纤陀螺制作过程中在线检测光纤耦合质量的方法，该方法步骤为：1）在基片1上设置Y波导2，Y波导2右端为分叉端，Y波导2分叉端的两个端头的轴心线互相平行且与基片1右端端面垂直，Y波导2分叉端的两个端头的端面与基片1右端端面齐平；

2）在基片1上设置两条直波导3，两条直波导3分别设置于基片1上Y波导2的两侧，直波导3的轴心线与Y波导2分叉端端头的轴心线平行，直波导3右端端面与基片1右端端面齐平；

3）将光纤环5的两个连接端设置在陪片6上，两个连接端的轴心线互相平行且与陪片6左端端面垂直，两个连接端的端面与陪片6左端端面齐平；光纤环5的两个连接端的轴心线之间的间距与Y波导2分叉端的两个端头轴心线之间的间距相同；

4）在陪片6上设置两条尾纤4，两条尾纤4分别位于光纤环5的两个连接端的外侧；尾纤4的轴心线与光纤环5的连接端的轴心线互相平行，尾纤4左端面与陪片6左端端面齐平；两条尾纤4轴心线之间的间距与两条直波导3的轴心线之间的间距相同；

5）采用阵列耦合工艺，将两条尾纤4和两条直波导3一一对应地耦接，同时，将光纤环5的两个连接端和Y波导2分叉端的两个端头一一对应地耦接；

6）在阵列耦合工艺的操作过程中，向直波导3的左端输入光激励，采用检测设备对尾纤4右端的输出光进行检测，根据输出光的检测结果判断尾纤4和直波导3之间的耦合状态的优劣：

若尾纤4和直波导3之间的耦合状态满足要求，则说明Y波导2和光纤环5之间的耦合状态也满足要求，无需对阵列耦合工艺的工艺参数进行调整；若尾纤4和直波导3之间的耦合状态不满足要求，则说明Y波导2和光纤环5之间的耦合状态也不满足要求，需要对阵列耦合工艺的工艺参数进行调整。