[發明專利]一種基于奇異點諧振模式劈裂的光學陀螺諧振腔結構

有效

• 申請號: 202011519707.5
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112729271B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 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: 李娜;王順榮

本發明公開了一種基于奇異點諧振模式劈裂的光學陀螺諧振腔結構，它是由微環諧振腔、相移光纖布拉格光柵、同軸式部分反射器和耦合錐形光纖組成；它們之間存在如下關系，π相移光纖布拉格光柵和同軸式部分反射器與耦合錐形光纖通過光纖熔接技術連接，通過高精度的位移平臺調節耦合錐形光纖與微環諧振腔的距離將光耦合到微環諧振腔中。微環諧振腔是由二氧化硅為主體的回音壁模式諧振腔；耦合錐形光纖由光纖通過熱熔融法拉伸制作而成，光從光纖一端入射耦合進微環諧振腔，光束從微環諧振腔耦合出經光纖另一端傳輸到探測器。本發明通過一種新穎的基于奇異點的諧振模式劈裂的方法可顯著提高集成諧振式陀螺的靈敏度。

技術領域

本發明屬于諧振式光學陀螺技術領域，涉及高靈敏度諧振式光學陀螺諧振腔結構，具體為一種基于奇異點諧振模式劈裂的光學陀螺諧振腔結構。

背景技術

陀螺儀是一種精確確定運動物體方位的角速度傳感器，以期實現對被控對象的姿態控制和慣性導航，目前已在航空、航天、航海以及工業中廣泛應用，對國防工業等高端技術發展具有重要的戰略意義。諧振式光學陀螺主要是基于光學諧振腔作為敏感單元，目前對光學陀螺的性能要求的不斷提高，賦予光學陀螺小型化、高精度以及低價格的發展使命，光學陀螺正朝著集成化發展。光學微腔具有品質因數高和模式體積小的特點，因而適用于實現高精度的集成光學陀螺。從Sagnac效應可知，光學陀螺的靈敏度與微環諧振腔的面積直接相關，尺寸的小型化將會導致諧振腔里面累積的Sagnac頻差信號因過于微弱而被噪聲湮沒。如何在微納的尺寸下，提高集成光學陀螺的靈敏度，是集成光學陀螺需要面對的重要問題

發明內容

本發明的目的在于針對集成光學陀螺靈敏度受限于小尺寸的問題，提供了一種基于奇異點諧振模式劈裂增強的集成光學陀螺諧振腔結構。

本發明是針對諧振式光學陀螺的一種改進，為一種基于奇異點諧振模式劈裂的光學陀螺諧振腔結構，包括微環諧振腔、π相移光纖布拉格光柵、耦合錐形光纖和同軸式部分反射器(如圖1)；它們之間存在如下關系：π相移光纖布拉格光柵和同軸式部分反射器與耦合錐形光纖熔接，通過高精度的位移平臺調節耦合錐形光纖與微環諧振腔的距離將光耦合到微環諧振腔中；

所述微環諧振腔是由二氧化硅為主體的回音壁模式諧振腔；

所述π相移光纖布拉格光柵是由光纖布拉格光柵和引入的相移組成，相移是光在兩個光柵截面之間的間距傳輸時的累積相位，相移量其中n_eff為有效折射率，λ為入射光波長，ΔL為兩個光柵截面之間的間距；

耦合錐形光纖由光纖通過熱熔融法拉伸制作而成，入射光束從光纖一端入射耦合進微環諧振腔，微環諧振腔中光束耦合進光纖另一端傳輸到探測器。

其中，所述的回音壁模式諧振腔，其中心波長為1550nm，腔的半徑為中心波長的50倍。

其中，布拉格光柵的長度為2mm-10mm，有效調制折射率Δn_ac＝5×10^-4～5×10^-3，有效折射率n_eff＝1.44～1.46，光柵周期為Λ＝λ/2πn_eff。

其中，π相移布拉格光柵中的相移量

其中，耦合錐形光纖和環形諧振腔耦合區光纖直徑為1μm。

其中，同軸部分反射器的反射率為0.6至0.8。

其中，耦合錐形光纖通過調節光纖與微環諧振腔之間的距離使耦合率為2.25×10⁸Hz。