Уменьшение влияния амплитудных искажений LiNbO₃ фазового модулятора на сигнал волоконно-оптического гироскопа за счет применения дополнительной модуляции

Предмет исследования. Паразитная амплитудная модуляция оптического сигнала в фазовом модуляторе — один из факторов, ограничивающих точность высокочувствительных волоконно-оптических датчиков. Волоконно-оптический гироскоп — датчик угловой скорости, чувствительность которого составляет менее 0,001 °/ч. Изменение интенсивности оптического излучения при прохождении через фазовый модулятор приводит к возникновению ложного сигнала рассогласования в интерферометре Саньяка, что вносит ошибку в сигнал угловой скорости. Способы подавления паразитной амплитудной модуляции основаны на уменьшении отражений в местах стыковки оптических волокон, изготовлении поглощающих канавок для блокировки оптического излучения от нижней грани фазового модулятора и алгоритмических способов компенсации.

Метод. Представлен новый метод уменьшения влияния паразитной амплитудной модуляции LiNbO₃ фазового модулятора на сигнал волоконно-оптического гироскопа. Особенность метода — применение дополнительной модуляции дифференциальным сигналом с равномерным распределением амплитуд в диапазоне рабочих напряжений фазового модулятора.

Основные результаты. Предложенный метод позволяет уменьшить влияние паразитной амплитудной модуляции фазового модулятора многофункциональной интегрально-оптической схемы на сигнал волоконно-оптического гироскопа более чем в три раза. Для этого применена дополнительная модуляция треугольным сигналом с частотой f = 200,09 МГц и мощностью P = 36 дБм.

Практическая значимость. Разработанный метод может использоваться для повышения точностных характеристик волоконнооптических гироскопов. Кроме того, метод может быть применим и к другим волоконно-оптическим датчикам, в которых использованы фазовые модуляторы на основе кристалла ниобата лития. Работа может быть интересна специалистам в области высокочувствительных волоконно-оптических датчиков, волоконной и интегральной оптики.

1. Wei L., Tjin S.C. Special issue «Fiber optic sensors and applications»: An overview // Sensors. 2020. V. 20. N 12. P. 3400. https://doi.org/10.3390/s20123400

2. Волоконно-оптические датчики / под ред. Э.Удда. М.: Техносфера, 2008. 520 с.

3. Lefevre H.C. The Fiber-Optic Gyroscope. Boston: Artech House, 2014. 391 p.

4. Lefevre H.C., Martin P., Morisse J., Simonpietri P., Vivenot P., Arditti H.J. High-dynamic-range fiber gyro with all-digital signal processing // Proceedings of SPIE. 1991. V. 1367. P. 72–80. https://doi.org/10.1117/12.24730

5. Новиков А.В. Принцип работы волоконно-оптического гироскопа // Гео-Сибирь. 2006. Т. 4. С. 72–75 [Электронный ресурс]. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/printsip-raboty-volokonnoopticheskogo-giroskopa (дата обращения: 15.03.2022).

6. Wang D., Sheng F. Residuary intensity modulation of the phase modulator in IFOG and its measurement // Guangdian Gongcheng/ Opto-Electronic Engineering. 2007. V. 34. N 7. P. 26–29.

7. Wang W., Wang J. Study of modulation phase drift in an interferometric fiber optic gyroscope // Optical Engineering. 2010. V. 49. N 11. P. 114401. https://doi.org/10.1117/1.3509360

8. Погорелая Д.А. Исследование влияния фазовых и амплитудных искажений оптического сигнала в электрооптическом модуляторе на точностные характеристики волоконно-оптического гироскопа: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.11.01. СПб.: Университет ИТМО, 2019. 155 с.

9. Ishibashi C., Ye J., Hall J.L. Analysis/reduction of residual amplitude modulation in phase/frequency modulation by an EOM // Proc. of the Summaries of Papers Presented at the Quantum Electronics and Laser Science Conference. 2002. P. 91–92. https://doi.org/10.1109/QELS.2002.1031144

10. Петров В.М., Шамрай А.В. СВЧ интегрально-оптические модуляторы. Теория и практика: учебное пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2021. 225 с.

11. Mondain F., Brunel F., Hua X., Gouzien E., Zavatta A., Lunghi T., Doutre F., De Micheli M.P., Tanzilli S., D’Auria V. Photorefractive effect in LiNbO3-based integrated-optical circuits for continuous variable experiments // Optics Express. 2020. V. 28. N 16. P. 23176–23188. https://doi.org/10.1364/OE.399841

12. Аксарин С.М., Смирнова А.В., Шулепов В.А., Парфенов П.С., Стригалев В.Е., Мешковский И.К. Исследование пироэлектрического спонтанного переключения доменов в межэлектродном зазоре фазового модулятора на основе титан-диффузионных волноводов в кристаллах ниобата лития // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21. № 3. С. 361–373. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2021-21-3-361-373

13. Кузнецов В.Н., Литвинов Е.В., Востриков Е.В., Дейнека И.Г. Вспомогательный генератор сигнала произвольной формы для волоконно-оптического гироскопа // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22. № 2. С. 302–307. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-2-302-307

14. Vázquez C., Vargas E.S., Sanchez Pena J.M. Sagnac loop in ring resonators for tunable optical filters // Journal of Lightwave Technology. 2005. V. 23. N 8. P. 2555–2567. https://doi.org/10.1109/JLT.2005.850793

15. Chan E.H.W., Minasian R.A. Widely tunable, high-FSR, coherencefree microwave photonic notch filter // Journal of Lightwave Technology. 2008. V. 26. N 8. P. 922–927. https://doi.org/10.1109/JLT.2007.912529