[發明專利]一種原子氣色散的陀螺諧振腔結構

有效

• 申請號: 201711086065.2
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107917706B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 肖志松;張浩;李文秀
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明一種原子氣色散的陀螺諧振腔結構，是由光源、三鏡腔和色散單元組成；色散單元置于三鏡腔中，光源的光分別入射到三鏡腔和色散單元中；光源是由兩臺激光器和聲光移頻器組成，一臺激光器提供信號光源，一臺激光器提供泵浦光源；三鏡腔由兩個高反射率的鏡片、一個部分反射的鏡片和PZT壓電陶瓷組成，兩個高反射率的鏡片和一個部分反射的鏡片組成一個三鏡諧振腔，PZT壓電陶瓷與一個高反射率鏡片連接用于調節三鏡腔的腔長；色散單元由原子氣、磁屏蔽、玻璃泡和溫度控制模塊組成，原子氣被封裝在玻璃泡中，磁屏蔽包裹在玻璃泡外面，溫度控制模塊用于玻璃泡原子氣體的加熱。本發明解決了諧振式光學陀螺靈敏度不高的問題。

技術領域

本發明涉及高靈敏度諧振式光學陀螺諧振腔結構，具體為一種原子氣色散的陀螺諧振腔結構，屬于諧振式光學陀螺技術領域。

背景技術

陀螺儀作為一種精確確定運動物體方位和角速度的傳感器是實現被控對象姿態控制和慣性導航的關鍵器件，也是在現代航空、航天、航海和國防工業中廣泛應用的一種慣性導航儀器，它的發展對一個國家的工業與國防等高端技術發展具有十分重要的戰略意義。按照測量角速度的原理不同，陀螺儀可分為機械陀螺、光學陀螺和原子陀螺。按陀螺的靈敏度和精度又可分為導航級、戰術級和速率級陀螺。一般而言，不同精度的陀螺有不同的應用領域，低精度及中低精度陀螺可應用于車輛自動駕駛、天線穩定、機器人控制、鉆井、短程導彈等領域；中等精度陀螺可應用于戰術導彈、無人駕駛飛機、坦克瞄準等；中高精度陀螺可應用于航空姿態控制、衛星定位及姿態控制、中遠程導彈等；高精度及慣導級陀螺可應用于精確航天航空航海導航、水下潛艇、精確瞄準及指北等。

陀螺儀是測量角速度的慣性傳感器，被譽為飛行控制的“大腦”，在兼顧高精度的同時小型可集成化的需求越來迫切，陀螺的高精度和小型化是發展的兩大趨勢，但同時由于Sagnac效應又是相互制約的因素，所以尋求如何使小型化光學陀螺同時具有高精度一直是陀螺領域的關鍵瓶頸問題。

發明內容

1、目的：本發明的目的在于針對諧振式光學陀螺靈敏度不高的問題，提供了一種原子氣色散的陀螺諧振腔結構。

2、技術方案：

諧振式光學陀螺一般由激光光源、環形諧振腔、耦合器、光電探測器和光電調制解調系統等組成，激光光源入射順時針和逆時針兩束光由耦合器進入諧振腔中諧振，當諧振腔轉動時通過光電探測器和光電解調信號檢測兩束光的頻率差，從而測量陀螺的轉動角速度。

本發明為一種原子氣色散的陀螺諧振腔結構，它是由光源、三鏡腔和色散單元組成(如圖1)；它們之間的關系是色散單元置于三鏡腔中，光源的光分別入射到三鏡腔和色散單元中。

所述光源是由兩臺激光器和聲光移頻器組成；其中，一臺激光器提供信號光源，一臺激光器提供泵浦光源；提供信號光源的激光器，由一分束器分光后，一束光進入聲光移頻器移頻后由一導光鏡和第一偏振分束器導入色散單元再由第二偏振分束器導出，另一束光進入三鏡腔穿過第一偏振分束器射入色散單元后穿過第二偏振分束器在三鏡腔中諧振。提供泵浦光源的激光器，由第一偏振分束器導入色散單元再由第二偏振分束器導出。

所述三鏡腔由兩個高反射率的鏡片、一個部分反射的鏡片和PZT壓電陶瓷組成；它們之間的關系是兩個高反射率的鏡片和一個部分反射的鏡片組成一個三鏡諧振腔，PZT壓電陶瓷與一個高反射率鏡片連接用于調節三鏡腔的腔長。通過PID控溫將一個邊長為1.5cm正方體銣原子氣泡溫度鎖定在60攝氏度，然后放入腔長為30cm的三鏡腔中，兩個高反射率的鏡片為凹面鏡，一個部分反射的鏡片為平面鏡，平面鏡的反射率為0.999，作為光波輸出鏡。

所述色散單元由原子氣、磁屏蔽、玻璃泡和溫度控制模塊組成(如圖2)；它們之間的關系是原子氣被封裝在玻璃泡中，磁屏蔽包裹在玻璃泡外面，溫度控制模塊用于玻璃泡原子氣體的加熱。

其中，所述的原子氣為堿金屬氣體。