本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，具體是一種基于自由空間集成的1分6路保偏光纖分束器及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、三軸光纖陀螺儀是一種基于薩格納克效應(yīng)來測(cè)量角速度的慣性傳感儀器，它具有啟動(dòng)快、動(dòng)態(tài)范圍大、受電磁影響小、抗振動(dòng)沖擊性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此，它被廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海、慣性制導(dǎo)、無人機(jī)等領(lǐng)域，具有較大發(fā)前景，隨著國內(nèi)三軸光纖陀螺儀的產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展，應(yīng)用端在保證測(cè)量精度的前提下，對(duì)慣性測(cè)量和導(dǎo)航系統(tǒng)提出了更加苛刻的體積和重量要求，而陀螺儀的微小型化是實(shí)現(xiàn)慣性系統(tǒng)輕小型化的基礎(chǔ)和前提。

2、三軸一體化光纖陀螺組件在現(xiàn)有技術(shù)中通常采用光電分離結(jié)構(gòu)的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，融合了高精度光纖光源技術(shù)和低應(yīng)力光纖繞制技術(shù)等先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造理念，通常采用共用sld光源的設(shè)計(jì)，將sld光源輸出的光分為三路，分路方案采用五支1分2路保偏光纖分束器的級(jí)聯(lián)方案，其中1分2路保偏光纖分束器端口定義及光路信號(hào)傳輸方向(箭頭指向)見圖7，現(xiàn)有技術(shù)中利用1分2路保偏光纖分束器的原理，如圖6所示光路的連接，其工作原理為sld光源的信號(hào)輸入到分束器(13-1)的輸入端，經(jīng)過分束器(13-1)的透射端輸入到分束器(13-3)的透射端，然后分束器(13-3)的輸入端再把信號(hào)傳輸?shù)降谝粂波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器(14-1)的輸入端，第一y波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器(14-1)的輸出兩端信號(hào)分別傳輸進(jìn)第一光纖環(huán)(16-1)兩端后，交叉返回進(jìn)第一y波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器(14-1)的輸出兩端，然后信號(hào)又從第一y波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器(14-1)的輸入端返回傳輸進(jìn)分束器(13-3)的輸入端，再傳輸進(jìn)分束器(13-3)的反射端，從而被第一探測(cè)器(15-1)接收；同理，分束器(13-1)的反射端信號(hào)傳輸進(jìn)分束器(13-2)的輸入端，然后它把反射端信號(hào)傳輸進(jìn)分束器(13-5)的透射端，把透射端信號(hào)傳輸進(jìn)分束器(13-4)的透射端，分束器(13-4)的輸入端信號(hào)再傳輸進(jìn)第二y波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器(14-2)的輸入端，然后第二y波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器(14-2)的輸出兩端信號(hào)傳輸進(jìn)光纖環(huán)(16-2)的兩端后又交叉返回到第二y波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器(14-2)的輸出兩端，進(jìn)而又從第二y波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器(14-2)的輸入端傳輸進(jìn)分束器(13-4)的輸入端，然后再從分束器(13-4)的反射端傳輸?shù)降谌綔y(cè)器(15-3)；分束器(13-5)的輸入端信號(hào)傳輸進(jìn)第三y波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器(14-3)的輸入端，再從第三y波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器(14-3)的輸出兩端傳輸進(jìn)第三光纖環(huán)(16-3)的兩端，交叉?zhèn)鬏敺祷貎啥?，然后第三y波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器(14-3)的輸入端信號(hào)傳輸進(jìn)分束器(13-5)的輸入端，最后再從分束器(13-5)的反射端輸出，傳輸進(jìn)探測(cè)器(15-3)。

3、綜上，現(xiàn)有技術(shù)中三軸一體化光纖陀螺組件現(xiàn)有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，存在分立器件較多、熔接點(diǎn)多、損耗大、布線相對(duì)復(fù)雜、同時(shí)體積也較大的問題，而且三個(gè)探測(cè)器獲取到的信號(hào)較弱。因此，亟需提出一種基于自由空間集成的1分6路保偏光纖分束器來解決以上問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于自由空間集成的1分6路保偏光纖分束器及應(yīng)用，能夠保證現(xiàn)有三軸一體化光纖陀螺組件應(yīng)用功能的前提下，減少分路方案中分立器件的數(shù)量，從而減少熔接點(diǎn)、降低損耗，簡化布線、減小體積，達(dá)到降低成本的目的。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于自由空間集成的1分6路保偏光纖分束器，包括結(jié)構(gòu)件、光學(xué)組件和橡膠堵頭，所述結(jié)構(gòu)件包括金屬殼體及蓋設(shè)在所述金屬殼體上方的金屬上蓋，所述光學(xué)組件包括設(shè)置在所述金屬殼體內(nèi)的基板、三個(gè)分光片和七個(gè)單芯保偏光纖準(zhǔn)直器，所述基板固定在所述金屬殼體內(nèi)，三個(gè)所述分光片的其中兩個(gè)分光片對(duì)稱設(shè)置在所述基板的一側(cè)，另外一個(gè)分光片設(shè)置在所述基板上的另一側(cè)，三個(gè)所述分光片的兩個(gè)通光面都分別鍍有分光膜和增透膜；

3、七個(gè)所述單芯保偏光纖準(zhǔn)直器分別固定在所述基板上，且其中一個(gè)單芯保偏光纖準(zhǔn)直器作為輸入端并朝向兩個(gè)對(duì)稱分光片中的一個(gè)，另外六個(gè)單芯保偏光纖準(zhǔn)直器作為輸出端且兩個(gè)為一組分別位于三個(gè)所述分光片的外側(cè)，所述橡膠堵頭具有七個(gè)且分別固定在所述金屬殼體的外側(cè)壁開孔處，七個(gè)所述單芯保偏光纖準(zhǔn)直器的光纖分別從對(duì)應(yīng)的橡膠堵頭的孔穿出并伸出所述金屬殼體外。

4、進(jìn)一步的，三個(gè)所述分光片的分光比范圍為1％～99％，且其分別為第一分光片6-1、第二分光片6-2和第三分光片6-3，所述第一分光片6-1與所述第三分光片6-3對(duì)稱設(shè)置在基板7上。

5、進(jìn)一步的，所述第一分光片6-1的分光比為55:45，所述第二分光片6-2的分光比為61：39，所述第三分光片6-3的分光比為3:97。

6、進(jìn)一步的，作為輸入端的所述單芯保偏光纖準(zhǔn)直器5-1與所述第一分光片6-1之間形成的入射角范圍為0～90°。

7、進(jìn)一步的，作為輸入端的所述單芯保偏光纖準(zhǔn)直器5-1與所述第一分光片6-1之間形成的入射角為13.5°。

8、進(jìn)一步的，所述單芯保偏光纖準(zhǔn)直器由單芯保偏尾纖與準(zhǔn)直透鏡通過反射鏡法或光斑法耦合后，采用膠水固定在玻璃管內(nèi)的方法制成。

9、進(jìn)一步的，所述單芯保偏尾纖通過將單根保偏光纖的一端去除一定長度的涂覆層，清潔后穿入毛細(xì)管并采用膠水固定，然后將毛細(xì)管的端面研磨拋光成8°斜面并鍍?cè)鐾改さ姆椒ㄖ瞥伞?/p>

10、進(jìn)一步的，所述準(zhǔn)直透鏡為自聚焦透鏡或球透鏡，所述準(zhǔn)直透鏡的兩個(gè)通光面均鍍有增透膜，其中一個(gè)通光面研磨成8°斜面。

11、進(jìn)一步的，所述金屬殼體與所述金屬上蓋之間通過膠水固定。

12、另一方面，本發(fā)明還提供了一種基于自由空間集成的1分6路保偏光纖分束器的應(yīng)用，采用上述的基于自由空間集成的1分6路保偏光纖分束器，應(yīng)用于三軸一體化光纖陀螺組件，所述三軸一體化光纖陀螺組件的光結(jié)構(gòu)包括sld光源、第一y波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器、第二y波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器、第三y波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器、第一探測(cè)器、第二探測(cè)器、第三探測(cè)器、第一光纖環(huán)、第二光纖環(huán)和第三光纖環(huán)，所述1分6路保偏光纖分束器的七個(gè)橡膠堵頭分別為第一橡膠堵頭、第二橡膠堵頭、第三橡膠堵頭、第四橡膠堵頭、第五橡膠堵頭、第六橡膠堵頭和第七橡膠堵頭；

13、所述sld光源與第一橡膠堵頭出纖的光纖連接，所述第二探測(cè)器與第二橡膠堵頭出纖的光纖連接，所述第二光纖環(huán)與所述第二y波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器連接后與第三橡膠堵頭出纖的光纖連接，所述第一探測(cè)器與第四橡膠堵頭出纖的光纖連接，所述第一光纖環(huán)與所述第一y波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器連接后與第五橡膠堵頭出纖的光纖連接，所述第三探測(cè)器與第六橡膠堵頭出纖的光纖連接，所述第三光纖環(huán)與所述第三y波導(dǎo)鈮酸鋰調(diào)制器連接后與第七橡膠堵頭出纖的光纖連接。

14、本發(fā)明的有益效果是：

15、1.本發(fā)明的基于自由空間集成的1分6路保偏光纖分束器能簡化布線、減小體積，與現(xiàn)有技術(shù)1分2路保偏分束器相比，單個(gè)器件最小體積能做到φ3mm*25mm，5個(gè)器件理想堆疊后體積占用大概寬*高*長：6*9*25mm，而本發(fā)明能夠達(dá)到寬*高*長6*4*20mm，大大地減少了分束器的體積，減少了分路方案中分立器件的數(shù)量，減少了與外部器件的熔接點(diǎn)，降低了光路損耗，降低了成本。

16、2.本發(fā)明的基于自由空間集成的1分6路保偏光纖分束器應(yīng)用在三軸光纖陀螺儀上，相比目前使用五個(gè)1分2路保偏光纖分束器分立器件級(jí)聯(lián)熔接的方式，具有熔接點(diǎn)少、功耗低，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，使用元器件少、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

17、3.本發(fā)明采用分光比為55:45的第一分光片、采用分光比為61：39的第二分光片，分光比為3:97的第三分光片，能夠保證應(yīng)用在三軸一體化光纖陀螺組件的光線路中第一探測(cè)器、第二探測(cè)器、第三探測(cè)器最終接收的信號(hào)強(qiáng)且三個(gè)探測(cè)器的光信號(hào)功率相近，三個(gè)探測(cè)器都能接收到光源發(fā)射功率的20％左右的光信號(hào)。