光纤陀螺仪之光源

 光源的主要作用是为光纤陀螺提供产生Sagnac效应所需的合适光信号。

光纤陀螺对光源的主要要求是：

1) 工作波长位于光纤的低损耗窗口；

2) 较宽的光谱宽度，以减少背向反射、相干背向散射和非线性光学克尔效应等引起的寄生干涉；

3) 较高的稳定的尾纤输出光功率，已获得较高信噪比的干涉信号；

4) 稳定的平均波长以实现标度因素的稳定性；

5) 近似高斯型的光滑光谱以减小寄生干涉；

6) 合适的偏振度，对于采用保偏光纤耦合器的光纤陀螺，较高的偏振度有利于光功率的充分利用，对于采用单模光纤耦合器的光纤陀螺，较低的偏振度有利于输入光信号的偏振和功率稳定。

光纤陀螺的光源为宽带光源，且对平均波长稳定性要求高，因而要求整个光谱相对稳定，这是与光通信光源的主要区别。光通信一般要求光源具有窄线宽，波长的稳定性要求主要侧重于中心波长，相对较低。

光源影响光纤陀螺性能的主要参数有输出光功率、光谱宽度、平均波长、光谱对称性和调制度等。光纤陀螺使用的光源主要有两种，超辐射发光二极管（SLD）光源和掺铒光纤光源。

SLD光源是光子自发辐射被单程受激放大的半导体光源，具有较高的输出功率、窄的光束发散角、宽输出的光谱（低时间相干性）。SLD主要有830nm和1310nm两个波段，由于平均波长稳定性和功率不满足高精度要求，适用于中精度光纤陀螺。

SLD 光源内部结构示意图如图所示。其由 SLD 管芯、热敏电阻、热 沉、半导体制冷器(TEC)、尾纤、外壳等部 件组成。TEC 用来控制和稳定光源的管芯温度， 热敏电阻用来敏感光源管芯温度的变化，热沉 导热系数大，用于散热。

掺铒光纤光源的工作波长为1550nm波段，由于功率高、平均波长稳定性好、体积大，主要用于高精度光纤陀螺。光通信中一般不用掺铒光纤光源，而是使用相似技术的掺铒光纤放大器，所承受的力学和温度环境较宽松。

光源的主要参数和光纤陀螺性能关系

光源输出功率对陀螺噪声的影响

探测器的散粒噪声限制了光纤陀螺测量载体角速度的分辨率，因此为了提高光纤陀螺读出信号的信噪比，就必须提高光纤陀螺光源的输出光功率。光纤陀螺测量的是旋转产生的Sagnac 相位差，相位差的测量是通过检测光功率的变化，并根据相位差和光功率的关系而实现的，因而受到光功率测量极限的限制。在干涉型光纤陀螺中，散粒噪声引起的随机游走与回到探测器的光功率的平方根成反比，回到探测器的光功率大小与光路总损耗和光源输出功率有关。因此可知，光源输出光功率的大小对光纤陀螺性能有很大的影响。SLD 光源和ASE光源的输出光功率均可达到 mW 级别， 完全满足导航级光纤陀螺对光源的要求。