[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

本發明提供的一種高精度無鎖區激光陀螺裝置及方法，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；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，順時針激光脈沖依次經過第二凹面鏡、平面鏡、三棱鏡色散補償系統，至輸出鏡輸出；逆時針激光脈沖依次經過第四凹面鏡、第二凹面鏡、增益介質、第一凹面鏡，至輸出鏡輸出；其中，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。本發明利用脈沖激光代替連續激光，大幅減小諧振腔內相向傳播的光場交疊區域，在陀螺響應中，可完全避免產生鎖區。

技術領域

本發明涉及激光陀螺技術領域，特別涉及一種高精度無鎖區激光陀螺裝置及方法。

背景技術

激光陀螺由于具有精度高、標度因數穩定、壽命長、動態范圍寬等優異的性能，成為慣性導航技術的核心設備，在航空航海航天、地震探測、非線性光學效應研究、運動物體形變測量等領域得到了廣泛的應用。激光陀螺是基于Sagnac效應測量原理的慣性器件，它是利用環形諧振腔內順時針傳播方向與逆時針傳播方向行波間的拍頻正比于外部輸入角速度的特點，通過對拍頻的精確測量而獲得陀螺相對于慣性空間的轉速。但在激光陀螺轉動速度較小時，由于諧振腔中腔鏡的背向散射光和反向傳播光束方向一致，造成激光陀螺的閉鎖效應，使相向傳播的兩束光波會變成同一頻率，從而使得輸出的頻差變為零，降低激光陀螺的精度。因此，實現高精度無鎖區激光陀螺對激光陀螺的發展具有重大的意義。

目前，國內外通常采用兩種方式獲得高精度的激光陀螺，一種方式通過提高鍍膜工藝，大幅降低鎖區，但仍難利用激光陀螺感應15°/h的地球自轉；另一種方式采用偏頻措施克服鎖區，使激光陀螺輸出正確的轉速，但這種方法會引入噪音，對系統穩定性造成影響。

因此，如何提供一種在陀螺響應中，可完全避免產生鎖區的高精度無鎖區激光陀螺裝置及方法是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明針對上述研究現狀和存在的問題，提供了一種高精度無鎖區激光陀螺裝置及方法。利用脈沖激光代替連續激光，大幅減小諧振腔內相向傳播的光場交疊區域，在陀螺響應中，可完全避免產生鎖區。

一種高精度無鎖區激光陀螺裝置，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二凹面鏡、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。

優選的，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，用于調節機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％。

優選的，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。