[發明專利]一種基于多圈微納光纖三維諧振腔的微型諧振式光學陀螺

有效

• 申請號: 201911065212.7
• 申請日: 2019-11-04
• 公開（公告）號: CN110849345B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 陳熙源;張飛麟;湯新華;方琳
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

本發明公開了一種基于多圈微納光纖三維諧振腔的微型諧振式光學陀螺，包括可調諧激光器、隔離器、偏振控制器、相位調制器、微納光纖線圈、輸入端尾纖、輸出端尾纖、低折射率介質棒、分束器、1#光電探測器、2#光電探測器、1#鎖相放大器、信號發生器、伺服控制模塊、2#鎖相放大器和解調模塊。本發明利用基于多圈微納光纖三維諧振腔作為諧振式光學陀螺的核心敏感單元，降低了成本；在信號檢測方面，該系統采用單邊頻率調制解調的方案，在減小非互易性誤差的同時，可以獲得良好的線性工作區域。另一方面，該方案減少了諧振式光學陀螺的器件數量，降低了系統成本，縮減了系統體積，從而實現了諧振式光學陀螺低成本、微型化、高靈敏度、高精度的設計。

技術領域

本發明屬于微型化諧振式光學陀螺的技術領域，具體涉及一種基于多圈微納光纖三維諧振腔的微型諧振式光學陀螺。

背景技術

陀螺儀作為一種角速度傳感器，在飛行器導航、導彈制導、艦船、潛艇和智能控制等領域都有很廣泛的應用，是慣性導航系統的重要組成部分。隨著科學技術的飛速發展，人們對陀螺儀的性能指標提出了更高的要求。比如在一些深空或深海探測等需要長期作業的領域，需要陀螺儀具有低功耗，高穩定性等性能；在小型飛行器、導彈制導等領域，需要陀螺儀具有高精度、微型化、抗高過載等性能；另外在醫療器械、智能機器人、災難救援裝備等智能控制領域，也迫切需要高精度、微型化、低成本的陀螺儀。光學陀螺相比傳統的機械陀螺有許多獨特的優勢，比如抗電磁干擾、高靈敏度、高精度、高穩定性等。激光陀螺和干涉式光纖陀螺都已經在航空航天，潛艇艦船等領域得到了廣泛的應用，然而在上述需要陀螺儀具有微型化、低功耗、低成本等特殊領域，這兩種光學陀螺并不適用。諧振式光學陀螺是集激光陀螺和干涉式光纖陀螺優勢于一身的第三代光學陀螺，不僅具有高靈敏度、高精度等性能，而且可以滿足微型化、低成本、低功耗、高精度的要求。采用微型環形諧振腔作為敏感單元的諧振式光學陀螺，可以做到芯片級大小。通常微型化諧振式光學陀螺采用集成光波導技術制作微型諧振腔。然而，集成光波導制作工藝復雜，價格昂貴，同時由于光波導環形諧振腔損耗較大，并且存在與光纖器件耦合損耗等問題，目前在實現高精度方面還存在較大困難。微納光纖是指直徑在微米甚至納米量級的光纖，它是對光在微納尺度上進行調控的優秀平臺，也是連結微光光子學與宏觀光學的橋梁。微納光纖可以采用普通單模光纖高溫拉制而成，其表面粗糙度可以達到原子尺度，傳輸損耗遠低于同等尺度的集成光波導。同時，微納光纖兩端尾纖與普通光纖自然連接，不僅方便光波的耦合輸入輸出，而且耦合損耗極低，與現有的通訊系統具有良好的兼容性。光在微納光纖中傳輸時，光場很大一部分能量以倏逝場的形式分布在光纖表面，利用這一特性可以制作出耦合結構，進行可以制作出微型諧振腔。這就為制作微型化、低成本、高精度、高靈敏度的諧振式光學陀螺提供了新的思路。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種基于多圈微納光纖三維諧振腔的微型諧振式光學陀螺，采用低成本、低損耗的微納光纖來制作微型諧振腔，在大大降低成本和體積的同時，可以獲得超高的品質因數，使陀螺儀擁有超高靈敏度和精度。在信號檢測方面，該諧振式光學陀螺采用單邊頻率調制方案，在減小非互易性誤差的同時，可以獲得良好的線性工作區域。同時，該方案減少了諧振式光學陀螺的器件數量，降低了系統成本，進一步減小了系統體積，從而實現了諧振式光學陀螺低成本、微型化、高靈敏度、高精度的設計。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種基于多圈微納光纖三維諧振腔的微型諧振式光學陀螺，包括可調諧激光器、隔離器、偏振控制器、相位調制器、微納光纖線圈、輸入端尾纖、輸出端尾纖、低折射率介質棒、分束器、1#光電探測器、2#光電探測器、1#鎖相放大器、信號發生器、伺服控制模塊、2#鎖相放大器和解調模塊。