諧振式光纖陀螺（RFOG）是一種基于光纖環形諧振腔（FRR）中 Sagnac 效應發展起來的新一代光纖慣性器件［1］，通過測量光纖環形諧振腔中沿順時針、逆時針方向傳播的光束的諧振頻率差實現對外界旋轉角速率的測量。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，這在減小系統體積的同時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，光纖環中骨架的影響也遠遠低于 IFOG。同時具有檢測精度高、動態范圍大、理論精度更高等優點［2］。然而，諧振腔中偏振波動［3，4］、光克爾效應［5］、瑞利背向散射［6］等噪聲限制了 RFOG 的發展。其中，偏振波動噪聲是影響 RFOG 長期穩定性的主要因素，也是限制 RFOG 性能的主要因素［7］。目前為止，克服 RFOG 中的偏振波動噪聲，主要從以下方面著手［8~11］：使用保偏光纖技術，增大兩個本征偏振態（ESOP）諧振點的相位差，減小其重疊的幾率以及相互之間的串擾；降低保偏光纖諧振腔雙折射的溫度敏感性，對于傳統的保偏光纖可以使用雙 90°偏振軸旋轉熔接技術；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力擾動、溫度波動等因素的影響，溫度波動引起的偏振串擾仍制約著 RFOG 的性能。而空芯帶隙光子晶體光纖（PBF）［12~14］的出現為解決這一問題提供了新的方法。與普通保偏光纖的應力雙折射不同，保偏空心帶隙光子晶體光纖（PM-PBF）的雙折射是由結構不對稱引起，對溫度、磁場、輻射等敏感性較低，且設計自由度大。更重要的是，PBF 將光局限在空氣中，而非石英材料中進行傳輸，其彎曲損耗、光克爾效應、舒珀效應等比實芯光纖小得多［15~17］，這也有助于諧振腔尺寸的小型化。鑒于 PM-PBF 在 RFOG 偏振波動噪聲抑制中的重要價值，我們在前期提出了一種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的 PM-PBF 可以同時利用保偏光纖技術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）中熱致偏振不穩定帶來的誤差［18］。

　　本文研究的耦合器結構是在前期提出的 PM-PBF［18］基礎上設計的，PM-PBF 及定向耦合器截面結構如圖 1 所示。圖 1（a）所示為 PM-PBF 結構，結構參數與文獻［18］相同，此處不再贅述。雙芯 PBF 定向耦合器結構如圖 1（b）所示，該結構由 PM-PBF 改進而來，兩個纖芯結構及包層參數與左圖相同。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，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，折射率設為 1.444，忽略波長對石英折射率的影響。