[發明專利]基于并行反饋的激光陀螺

無效

• 申請號: 201010508404.3
• 申請日: 2010-10-15
• 公開（公告）號: CN101995246A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 余曉琦;王大量;王翠云;徐連宇;王子南;賈雷;王玉潔;李正斌;蔣云;朱立新
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

本申請要求2010年8月13日提交的名稱為“基于并行反饋的光纖激光陀螺”、申請號為201010253821.8的中國申請的優先權，在此將其全文引入作為參考。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，更為具體地，涉及一種基于并行反饋的激光陀螺。

背景技術

高精度、高穩定性慣導級光學陀螺是航天、航海的制導、穩像穩瞄等慣性測量系統急需的核心部件。光學陀螺主要包括光纖陀螺和激光陀螺。激光陀螺在高精度陀螺市場上占優勢。但是激光陀螺的傳感元件為氣體激光器，氣體易泄漏，壽命不如光纖陀螺長。激光陀螺則因其諧振性而擁有更大的動態范圍和更高的測量精度。光纖激光陀螺綜合了光纖陀螺與激光陀螺的優點，它利用光纖的固態性能和激光器的諧振性，具有動態范圍大、精度高、抗振動沖擊性能好、壽命長等特點。光纖激光陀螺的理論精度與傳統He-Ne激光陀螺同級，可達到0.100°/h-0.001°/h慣導級水平，且避免了氣體激光陀螺制作時的超級工藝難度(如鍍制99.999的高反射膜和密封技術)。

光纖激光陀螺的工藝制作如同光纖陀螺，通過并不復雜的光纖熔接和結構裝配技術，即可獲得激光陀螺的高精度。此外，在同等高的精度下，工作環的摻鉺光纖長度只需十幾米，而光纖陀螺則需要2～4km的保偏光纖，光纖激光陀螺的成本遠低于光纖陀螺和激光陀螺。而且，光纖激光陀螺光學系統中需要電驅動的器件只有半導體泵浦激光器，它的驅動電壓只需3～5V，而激光陀螺氣體放電則需要幾千伏電壓，因此光纖激光陀螺的功耗遠小于激光陀螺，也略小于光纖陀螺。

光纖激光陀螺作為高精度陀螺，其應用領域為航空、航天、航海及車輛的精確慣導和陀螺羅經的場合，如戰機、艦船、火炮戰車和各類航彈、導彈的自主導航、精確對準、精密儀器的穩瞄穩像和自行控制等系統。同時它在民用領域如：衛星、民航飛機及汽車的導航定向，精密探測儀器的穩定等方面也有廣泛的應用前景。

目前，光纖激光陀螺的發展瓶頸在于：由于現有的光纖激光器線寬普遍在kHz量級，從而導致光纖激光陀螺很難達到高精度。

圖1示出了光纖激光陀螺的基本組成以及工作流程。如圖1所示，首先，泵浦激光器生成激光，在經過光纖環形諧振腔后產生Δλ＝40nm的寬帶激光，然后經過注入被動飽和吸收(δ為kHz量級)并利用窄帶光學濾波器處理后，通過模式競爭產生單模激光。此后，進行有源敏感頭Sagnac效應相干探測，利用PIN探測器進行光電變換獲得電信號數據，然后進行信號處理來輸出Ω值，由此實現光纖激光陀螺的角速度測量。

圖2示出了光纖激光陀螺的基本結構。如圖2所示，波長為980nm的泵浦光經波分復用器WDM輸入到環形諧振腔內，摻鉺增益光纖受泵浦光的激勵產生中心波長為1550nm、譜線寬度為40nm的寬帶激光，分別沿順時針(CW)方向和逆時針(CCW)方向傳輸，偏振態由偏振控制器PC控制。經過窄線寬光學濾波器濾波，光譜線寬壓縮為kHz以下，當物體以某一角速度旋轉時，環內順時針和逆時針方向傳輸的兩束激光在Sagnac效應的作用下產生方向相反的頻移Δv，通過一個光纖耦合器的耦合使兩輸出激光信號間產生拍頻，然后探測器進行差頻信號檢測，計算出物體的旋轉角速度。頻差為

Δv=vcω-vccω=4AλLω,]]>等式(1)

窄線寬光學濾波器由摻鉺增益光纖和光纖光柵構成，其基本工作原理為信號光進入摻鉺增益光纖，產生飽和吸收形成瞬態光柵，對激光進行窄帶濾波，從而形成穩定的單模窄線寬工作激光。這種方法簡單有效，是目前實現窄線寬的主要方式。但是，這種方法實現雙向出光很復雜，而且進一步壓縮線寬要大幅度增長參鉺光纖長度，因此實現超窄線寬很困難。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于并行反饋的激光陀螺，該激光陀螺可以放大Sagnac效應，同時大幅度提高精度。

在本發明中，針對激光器的當前正反饋結構僅為單向反饋回路不能進一步提高激光器性能的問題，通過對比單環和復合諧振腔，提出了并行多路反饋結構方案。具體是利用具有極多模式的多模光傳輸介質，并由此形成基于并行反饋的激光陀螺。