[發明專利]一種高精度無鎖區激光陀螺裝置及方法

有效

• 申請號: 201911039096.1
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110702090B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 朱江峰;張大成;邱麗芬;田文龍;王閣陽;白滿社;朱良建;翟亮
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;中國航空工業集團公司西安飛行自動控制研究所
• 主分類號: G01C19/66
• 分類號: G01C19/66
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 曹鵬飛

1.一種高精度無鎖區激光陀螺裝置，其特征在于：為環形腔激光器，包括按照泵浦光傳播方向依次設置的泵浦源、聚焦鏡、第一凹面鏡、增益介質、第二凹面鏡、第四凹面鏡、液體染料可飽和吸收體；所述液體染料可飽和吸收體產生順時針激光脈沖和逆時針激光脈沖，所述順時針激光脈沖依次經過第三凹面鏡、平面鏡、三棱鏡色散補償系統，至輸出鏡輸出；所述逆時針激光脈沖依次經過所述第四凹面鏡、所述第二凹面鏡、所述增益介質、所述第一凹面鏡，至所述輸出鏡輸出；其中，所述液體染料可飽和吸收體通過飽和損耗機制，將連續激光器中雜亂的多脈沖調制成有規律的脈沖串。

2.根據權利要求1所述的一種高精度無鎖區激光陀螺裝置，其特征在于，

所述泵浦源，輸出連續激光，為增益介質提供增益；

增益介質，采用布儒斯特角放置的激光晶體，包括具有寬發射光譜的鈦寶石晶體或者鐿摻雜晶體，利用銦箔包裹并固定在紫銅質地的晶體夾上，通以循環水冷卻；

第一凹面鏡和第二凹面鏡，用于保證增益介質上的激光束腰與泵浦光的模式匹配；

第三凹面鏡和第四凹面鏡，用于調節激光束腰與所述液體染料可飽和吸收體的染料液膜的相對位置；

三棱鏡色散補償系統，采用雙棱鏡對，用于提供反常色散，補償腔內激光晶體、電光相位調制器中的晶體和空氣引入的正常色散；

輸出鏡，用于激光輸出，透過率為5％。

3.根據權利要求1所述的一種高精度無鎖區激光陀螺裝置，其特征在于，所述高精度無鎖區激光陀螺裝置的激光腔結構為環形腔激光器，環鎖模方式為液體染料被動雙路鎖模。

4.根據權利要求1所述的一種高精度無鎖區激光陀螺裝置，其特征在于，所述泵浦源輸出激光在800nm波段采用染料HITCI或者DTP作為所述液體染料可飽和吸收體；所述泵浦源輸出激光在1μm波段采用染料BDN或者Q-Switch5作為所述液體染料可飽和吸收體。

5.根據權利要求1所述的一種高精度無鎖區激光陀螺裝置，其特征在于，所述液體染料可飽和吸收體置于順時針激光脈沖和逆時針激光脈沖的第一個脈沖交叉點，利用染料的流動性使入射光的相位隨機化，消除相向傳播的脈沖之間的相位耦合。

6.根據權利要求1所述的一種高精度無鎖區激光陀螺裝置，其特征在于，從所述輸出鏡輸出的兩束激光脈沖，一束入射到分束器，另一束經過時間延遲系統入射到所述分束器，兩束激光脈沖干涉產生拍頻信號，由光電探測器一接收。

7.一種根據權利要求1-6中任一項所述的高精度無鎖區激光陀螺的高精度轉速測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，調節所述環形腔激光器，實現液體染料被動雙路鎖模；

步驟二，向激光陀螺沒有施加轉速時，測量順時針激光脈沖和逆時針激光脈沖產生的拍頻為Δf₀；

步驟三，向激光陀螺施加固定轉速，測量順時針激光脈沖和逆時針激光脈沖產生的拍頻為Δf，得到的激光陀螺轉速Ω為

其中，λ為輸出激光中心波長，L為環形激光器腔長，S為環形腔激光器面積。

8.一種根據權利要求1-6中任一項所述的高精度無鎖區激光陀螺測高反鏡背向散射系數的應用，其特征在于，所述三棱鏡色散補償系統至所述輸出鏡 之間的光路設置待測高反鏡和高反鏡，所述順時針激光脈沖依次經所述三棱鏡色散補償系統傳播至所述待測高反鏡、所述高反鏡、所述輸出鏡；

光電探測器二探測平面鏡透射的激光脈沖，并經鎖相環放大器放大發送至電光相位調制器，所述電光相位調制器設置在所述平面鏡至所述三棱鏡色散補償系統之間的光路上。

9.根據權利要求8所述的高精度無鎖區激光陀螺測高反鏡背向散射系數的應用，其特征在于，待測高反鏡放置于所述順時針激光脈沖與所述逆時針激光脈沖的另一個脈沖交叉點，所述待測高反鏡的位置由電控位移臺控制，待測高反鏡放置于脈沖交叉點時引入背向散射最大。

10.一種根據權利要求8所述的高精度無鎖區激光陀螺的測高反鏡背向散射系數的測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，根據所述電光相位調制器調節環形腔激光器，實現液體染料被動雙路鎖模，得到穩定的雙路鎖模；

步驟二，調節精密電動位移臺，使待測高反鏡遠離所述順時針激光脈沖與所述逆時針激光脈沖的脈沖交叉區域，調節其中一束激光脈沖的時間延遲，使兩束激光脈沖在時間和空間重合產生拍頻，改變給電光相位調制器施加的電壓，得到拍頻與電光相位調制器的電壓的關系曲線：

f＝a(V-V₀) (2)

其中，脈沖交叉區域為2倍的激光脈沖波長，待測高反鏡沿激光傳播方向移動，f為腔內順時針和逆時針激光產生的拍頻，V₀為克服偏頻使拍頻為零時加載在電光相位調制器上的電壓，V為加載在電光相位調制器上的電壓，a為曲線的斜率；

步驟三，調節精密電動位移臺，使待測高反鏡移至所述順時針激光脈沖與所述逆時針激光脈沖的脈沖交叉點，使兩束激光脈沖在時間和空間重合產生拍頻，改變給電光相位調制器施加的電壓，得到拍頻與電光相位調制器的電壓的關系曲線：

其中，V_0Q為產生克服背向散射引入的鎖區的最小電壓；

步驟四，重復步驟二和步驟三，得到多組數據，取誤差最小的一組數據；

步驟五，進行數據處理，根據公式(2)和(3)得到V₀和V_0Q，帶入到公式(4)中得到鎖區帶寬：

Δν_lock＝2a(V_0Q-V₀) (4)

對應的背向散射系數為：

其中，τ_RT為激光脈沖在腔內往返一周的時間。