[發明專利]一種保偏全互易雙向光載微波諧振系統及其檢測角速度的方法

有效

• 申請號: 201811290655.1
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109323690B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 宋開臣;于晉龍;葉凌云;王菊
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發明公開了一種保偏全互易雙向光載微波諧振系統及其檢測角速度的方法。該系統在同一個諧振腔結構中產生順逆雙向的高穩定度光載微波，用于測量載體旋轉角速度。采用全互易的環形腔諧振結構，實現全互易的雙向光諧振系統；采用偏振態分離技術實現光信號的雙波長分離，并采用垂直的偏振態在敏感環內相向傳輸，提高敏感環檢測能力；采用相位跟蹤結構，通過再生鎖模技術實現雙向光載微波諧振；采用腔長控制技術將一個方向的微波振蕩頻率鎖定到高穩定度標準時間參考源上，穩定了光諧振腔的相對腔長穩定。以上關鍵技術極大地提高了由薩格納克效應引起的雙向振蕩差頻信號的信噪比。本發明系統及方法具有實用性強、測量精度高等特點。

技術領域

本發明屬于高精度光學陀螺技術領域，尤其涉及一種保偏全互易雙向光載微波諧振系統及其檢測角速度的方法。

背景技術

高精度的慣性器件是載體進行高精度定位和導航的基礎。其中高精度陀螺儀主要分為機械陀螺和光學陀螺兩類，因其可檢測載體運行姿態，廣泛應用于軍事、工業、科學等領域。其中光學陀螺相比于機械陀螺，研究時間短，雖然具有結構緊湊、靈敏度高等特點，缺點也很明顯。激光陀螺精度高，但工作時存在嚴重的閉鎖效應且成本較高。光纖陀螺主要分為干涉式光纖陀螺和諧振式光纖陀螺兩類，前者因溫度、振動誤差等因素，陀螺精度低；后者降低了干涉式的噪聲，但對器件要求較高，目前實用性還待提高。

激光陀螺和光纖陀螺檢測載體旋轉角速度的基本原理都是薩格納克效應(Sagnaceffect)。由于薩格納克效應產生的相位差或頻率差只與載體旋轉角速度相關，而與系統結構無關，因此檢測同一光源發出的沿順時針(CW)和逆時針方向(CCW)傳輸的兩束光產生相位差或頻率差，即可間接測得旋轉角速度。為了保證檢測精度需要沿順時針(CW)和逆時針方向 (CCW)傳輸的兩束光具有嚴格的互易性，即需要沿順時針(CW)和逆時針方向(CCW) 傳輸的兩束光在順時針和逆時針的諧振腔傳輸時具有結構和性能上的等同。因此，高精度全互易的光學陀螺仍是光學陀螺的研究重點。

發明內容

本發明的目的在于克服現有光學陀螺角速度測量方案的不足，提供一種保偏全互易雙向光載微波諧振系統及其檢測角速度的方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種保偏全互易雙向光載微波諧振系統，該系統包括雙向光放大器、窄帶雙向光濾波器、第一光電強度調制器、光耦合器、光纖敏感環工作結構、第二光電強度調制器、第一再生腔延時調節單元、第一高速光電探測器、第一微波濾波放大單元、第一微波功分器、第二再生腔延時調節單元、第二高速光電探測器、第二微波濾波放大單元、第三微波功分器和微波頻率差檢測單元；

所述雙向光放大器、窄帶雙向光濾波器、第一光電強度調制器、光耦合器、光纖敏感環工作結構、第二光電強度調制器依次連接構成順時針方向環形諧振腔；順時針方向諧振光依次經過光耦合器、第一再生腔延時調節單元、第一高速光電探測器、第一微波濾波放大單元、第一微波功分器，輸入到第一光電強度調制器，構成順時針方向再生鎖模結構；順時針方向再生鎖模結構產生的電信號通過第一微波功分器輸入微波頻率差檢測單元；

所述雙向光放大器、第二光電強度調制器、光纖敏感環工作結構、光耦合器、第一光電強度調制器、窄帶雙向光濾波器依次連接構成逆時針方向環形諧振腔；逆時針方向諧振光依次經過光耦合器、第二再生腔延時調節單元、第二高速光電探測器、第二微波濾波放大單元、第三微波功分器，輸入到第二光電強度調制器，構成逆時針方向再生鎖模結構；逆時針方向再生鎖模結構產生的電信號通過第三微波功分器輸入微波頻率差檢測單元。

所述光纖敏感環工作結構包括偏振分束器、光纖敏感環、第一正交偏振態調節單元和第二正交偏振態調節單元；

順時針方向諧振光經過第二正交偏振態調節單元將窄帶雙向光濾波器的雙峰值光譜信號調節為偏振態垂直的兩路信號，經過偏振分束器進入光纖敏感環，依次經過偏振分束器、第一正交偏振態調節單元將偏振態調回初始狀態；