諧振式光纖陀螺（RFOG）是一種基于光纖環(huán)形諧振腔（FRR）中 Sagnac 效應(yīng)發(fā)展起來的新一代光纖慣性器件［1］，通過測量光纖環(huán)形諧振腔中沿順時(shí)針、逆時(shí)針方向傳播的光束的諧振頻率差實(shí)現(xiàn)對(duì)外界旋轉(zhuǎn)角速率的測量。與干涉式光纖陀螺（IFOG）相比，RFOG 所需的光纖長度要短的多，通常只有幾米到幾十米，這在減小系統(tǒng)體積的同時(shí)也顯著降低了諧振腔中因溫度不均勻帶來的熱致非互異性噪聲，因此，光纖環(huán)中骨架的影響也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 IFOG。同時(shí)具有檢測精度高、動(dòng)態(tài)范圍大、理論精度更高等優(yōu)點(diǎn)［2］。然而，諧振腔中偏振波動(dòng)［3，4］、光克爾效應(yīng)［5］、瑞利背向散射［6］等噪聲限制了 RFOG 的發(fā)展。其中，偏振波動(dòng)噪聲是影響 RFOG 長期穩(wěn)定性的主要因素，也是限制 RFOG 性能的主要因素［7］。目前為止，克服 RFOG 中的偏振波動(dòng)噪聲，主要從以下方面著手［8~11］：使用保偏光纖技術(shù)，增大兩個(gè)本征偏振態(tài)（ESOP）諧振點(diǎn)的相位差，減小其重疊的幾率以及相互之間的串?dāng)_；降低保偏光纖諧振腔雙折射的溫度敏感性，對(duì)于傳統(tǒng)的保偏光纖可以使用雙 90°偏振軸旋轉(zhuǎn)熔接技術(shù)；使用具有偏振消光比的器件制作諧振腔，一般在保偏光纖諧振腔中集成在線起偏器或者使用單模單偏振光纖增加次 ESOP 的繞腔損耗，破壞諧振腔中次 ESOP 的諧振條件。然而，無論通過何種方案，普通保偏光纖的雙折射總是不同程度受到外界應(yīng)力擾動(dòng)、溫度波動(dòng)等因素的影響，溫度波動(dòng)引起的偏振串?dāng)_仍制約著 RFOG 的性能。而空芯帶隙光子晶體光纖（PBF）［12~14］的出現(xiàn)為解決這一問題提供了新的方法。與普通保偏光纖的應(yīng)力雙折射不同，保偏空心帶隙光子晶體光纖（PM-PBF）的雙折射是由結(jié)構(gòu)不對(duì)稱引起，對(duì)溫度、磁場、輻射等敏感性較低，且設(shè)計(jì)自由度大。更重要的是，PBF 將光局限在空氣中，而非石英材料中進(jìn)行傳輸，其彎曲損耗、光克爾效應(yīng)、舒珀效應(yīng)等比實(shí)芯光纖小得多［15~17］，這也有助于諧振腔尺寸的小型化。鑒于 PM-PBF 在 RFOG 偏振波動(dòng)噪聲抑制中的重要價(jià)值，我們?cè)谇捌谔岢隽艘环N具有良好保偏特性和極低溫度敏感性的 PM-PBF，這種具有極低拍長溫度敏感系數(shù)的 PM-PBF 可以同時(shí)利用保偏光纖技術(shù)和降低諧振腔雙折射溫度敏感性的方案，有效降低諧振式光纖陀螺（RFOG）中熱致偏振不穩(wěn)定帶來的誤差［18］。

　　本文研究的耦合器結(jié)構(gòu)是在前期提出的 PM-PBF［18］基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，PM-PBF 及定向耦合器截面結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。圖 1（a）所示為 PM-PBF 結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)參數(shù)與文獻(xiàn)［18］相同，此處不再贅述。雙芯 PBF 定向耦合器結(jié)構(gòu)如圖 1（b）所示，該結(jié)構(gòu)由 PM-PBF 改進(jìn)而來，兩個(gè)纖芯結(jié)構(gòu)及包層參數(shù)與左圖相同。與前期提出的偏振分束器［20］相類似，本文提出的雙芯定向耦合器通過調(diào)整纖芯間微孔孔徑及摻雜折射率獲得良好性能。a 為雙芯間摻雜微孔 x 方向軸長，b 為 y 方向軸長，定義橢圓率 η=b/a，在微孔為圓孔時(shí)，定義 d0=a=b。微孔摻雜折射率為 n0，其余氣孔折射率為 1，基底材料為熔融石英，折射率設(shè)為 1.444，忽略波長對(duì)石英折射率的影響。