Обычно в одномодовом оптическом волокне возможно распространение двух независимых мод с ортогональной поляризацией. Но поскольку оптические волокна обладают не совсем строгой осевой симметрией, фазовые постоянные этих двух мод различны. Однако между модами двух поляризаций происходит обмен энергией, характеристики которого изменяются под внешним воздействием, поэтому излученный волокном свет обычно приобретает круговую поляризацию с неустойчивыми параметрами. Все это приводит к дрейфу выходного сигнала.
Если же на оптическом пути поместить, как это показано в обведенной штриховой линией части на рис. 4, поляризационную пластину, т. е. пустить на оптический путь интерферометра световую волну с единственной поляризацией и в излучаемом свете выделить только составляющую с такой же поляризацией, то передаточная функция кольцевого оптического пути (оптического волокна) для лучей с противоположным направлением движения будет одинакова и, тем самым, проблема решена. Но и в этом случае остаются колебания мощности света, достигшего светоприемника, поэтому необходимо принять еще меры по стабилизации масштабного коэффициента. Одна из таких мер — введение деполяризатора, который компенсирует колебания поляризации в оптическом волокне и делает состояние поляризации произвольным, или введение оптического волокна, сохраняющего поляризацию. В гироскопах со световым гетеродинированием эффективное решение проблемы — нулевой метод.
Для устранения дрейфа, обусловленного колебаниями поляризации в оптическом волокне, требуется поляризатор с очень большим затуханием (около 90 дБ), но это требование смягчается при использовании оптического волокна с сохранением поляризации и источника света с низкой когерентностью. В оптическом волокне с сохранением поляризации из-за разности фазовых постоянных для мод с ортогональной поляризацией возникает разность длины оптического пути для этих мод, поэтому использование источника с низкой когерентностью излучения делает невозможным интерференцию между модами. Аналогичного эффекта можно добиться и при использовании деполяризатора.
Таблица 3.1 - Шумовые факторы в волоконно-оптических гироскопах
| Шумовой фактор | Рекомендуемые меры по снижению шума |
| Колебания поляризации в оптическом волокне, например, преобразование линейной поляризации в круговую в одномодовом волокне | Включение на выходе волокна анализатора, для того чтобы выделить составляющую поляризации одного направления |
| Разность длины оптических путей для световых волн, идущих в противоположных направлениях, при динамической нестабильности спектра источника света | Стабилизация спектра источника света |
| Разность частот волн, идущих по волокну в противоположных направлениях, при колебаниях температуры | Использование двух акустооптических модуляторов или модуляция прямоугольными импульсами |
| Неравномерность распределения температуры вдоль волокна | Намотка оптического волокна, при которой распределение температуры симметрично относительно середины катушки |
| Изменение фазы выходного сигнала из-за эффекта Фарадея в волокне под воздействием колебаний магнитного поля Земли | Магнитное экранирование и использование волокна с сохранением поляризации |
| Колебания (в расщепителе луча) отношения интенсивности прямого и обратного луча вследствие оптического эффекта Керра | Модуляция излучаемого света прямоугольными импульсами со скважностью 50%; использование широкополосного источника света |
| Интерференция прямого луча и луча обратного рассеяния Рэлея | Фазовая модуляция световой волны; импульсная частотная модуляция лазерного излучения; использование слабоинтеферирующего источника света |
3.5 Выводы по главе
В данной главе рассмотрен принцип действия некоторых оптических гироскопов, в том числе волоконно-оптических. Волоконно-оптические гироскопы находят широкое применение. Быстрыми темпами ведется разработка различных приборов на микрооптической технологии, волоконно-оптических функциональных элементах, оптических волноводных элементах. К настоящему времени такие гироскопы среднего класса уже имеются в продаже.
Волоконно-оптические гироскопы отличаются от прежних отсутствием механических систем, что делает их пригодными не только в навигации, но и в других областях, например, для контроля движения бура при бурении нефтяных скважин. Кроме того, если увеличить диаметр кольца из оптического волокна, удлинить интервал интегрирования выходного сигнала, то можно повысить чувствительность, что позволит использовать гироскоп для прогноза погоды, измерения флюктуаций собственного вращения Земли и др.
Использованная литература
1 Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности. Справочник. Миркин А.А.-М.: Коллектив авторов, 1995. – 640с.
2 Мурадян А.Г. Усилительные устройства. –М.: Связь, 1976. -280с.
3 Брискер А.С., Гусев Ю.М., Ильин В.В. и другие. Спектральное уплотнение волоконно-оптических линий ГТС//Электросвязь, 1990, №1, с41-42.
4 Брискер А.С., Быстров В.В., Ильин В.В.. Способы увеличения пропускной способности волоконно-оптических линий ГТС//Электросвязь, 1991, ,№4, с28-29.
5 М.М. Бутусов, С.М. Верник, С.Л. Балкин и другие. Волоконно-оптические системы передачи. -М.: Радио и связь, 1992 –416с.
6 Заславский К.Е..Учебное пособие. Волоконно-оптические системы передачи. Часть 3.-Н.:СибГАТИ, 1997 –61с.
7 Лазерная безопасность.Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий. -М.:Издательство стандартов, 1995 –20с.
8 Глазер В. “Световодная техника” М. Энегроатомиздат 1985г.
9 Савельев И. В. “Курс общей физики” М. Наука 1978, 1982г.
10 Волноводы оптической связи, Теумин И.И.
11 Волоконно-оптические датчики, под ред. Т.Окоси, перевод с япон.
12 Оптические волноводы, Marcuse D., перевод с англ.
13 Основы волоконно-оптической связи, под ред. Е.М.Дианова, перевод с англ