[發明專利]一種基于光量子高階干涉效應的光纖陀螺及其工作方法

在審

• 申請號: 202210811782.1
• 申請日: 2022-07-12
• 公開（公告）號: CN115164865A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 王周祥;于杰;劉伯晗;馬林;顏苗;羅巍
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0七研究所
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 劉玲

本發明涉及一種基于光量子高階干涉效應的光纖陀螺，其包括預報單光子源、第一單模保偏光纖、第二單模保偏光纖、光纖敏感環路、分束裝置、第三單模保偏光纖、第四單模保偏光纖、第一單光子計數器、第二單光子計數器、第一信號線、第二信號線及時間?幅度轉換器。本發明的基于光量子高階干涉效應的光纖陀螺，由預報單光子源產生的一對光子分別從光纖敏感環路兩端入射，經過保偏光纖敏感環路后從共軛端口輸出，經分束裝置后兩光子相遇并發生量子干涉；具有探測范圍廣，靈敏度高，易于集成化等諸多優點，可用于慣性導航、地球自轉測量等多個領域。作為全新方案，開拓未來高精度光纖陀螺的新技術途徑，有廣闊前景。

技術領域

本發明屬于導航定位技術的光纖陀螺儀技術領域，特別是一種基于光量子高階干涉效應的光纖陀螺及其工作方法。

背景技術

陀螺儀作為慣性導航系統和核心原件，其精度直接決定著慣性導航系統的性能。隨著深遠海條件下的高精度、高可靠導航信息需求進一步提高，對慣性導航系統的性能提出了比衛星拒止條件下獨立精確導航、智能化導航等更高的要求。光纖陀螺相比傳統機械陀螺，不僅具有全固態、低噪聲、低功耗、免維護、可靠性高壽命長等諸多優點，而且信息實時性高、精度潛力大、體積結構靈活。光纖陀螺的諸多優點使其在多個領域有廣泛應用前景，如戰略導彈系統、潛艇導航、衛星定位、汽車定向、智能機器人等多個領域得到廣泛應用，因此表現出極佳的優勢，并不斷向超高精度方向發展。

基于Sagnac效應對角速度測量構成了現代激光陀螺和光纖陀螺的基礎，根據結構不同主要分為干涉型和諧振型。Sagnac效應是指在同一光源發出的沿順時針和逆時針傳輸的兩束光發生干涉，當閉合光路以角速度Ω旋轉時，順時針和逆時針傳播光束在回到出發點時會產生與轉速成比例的相位差，該相位差被稱為“Sagnac相移”。

目前，隨著深遠海條件和衛星拒止條件下對導航精度的需求進一步提升，制造更高精度和更高靈敏度的光纖陀螺為目標所在。提高光纖陀螺靈敏度的傳統方案主要靠增加光纖敏感環路尺寸和光纖長度來提高靈敏度，將帶來諸多新缺點，如增加系統復雜程度、引入更大的Shupe誤差。靈敏度提升遇到瓶頸，急需新的解決方案。近年來，隨著量子技術高速發展，國防工業也進入“量子時代”，基于量子技術的陀螺被認為是一種可行的解決方案。

但是，已有的激光陀螺和光纖陀螺方案本質上都是利用光一階干涉，而光量子高階干涉自從提出以來，大量使用在量子精密測量領域，其對時間分辨率的測量可以精確到ps量級。

為此，亟需研發一種在Sagnac干涉儀中實現基于光量子高階干涉效應的光纖陀螺，用來做轉速測量。

發明內容

本發明的目的在于針對目前僅利用Sagnac干涉儀的一階干涉效應進行角速度傳感精度的不足，提供一種全新的基于光量子高階干涉效應的光纖陀螺，適用于利用光纖中高速傳輸的光子感知角速度和角加速度，通過符合測量得到角速度和角加速度信息。

本發明的目的還在于提供一種基于光量子高階干涉效應的光纖陀螺的工作方法。

本發明解決其技術問題是通過以下技術方案實現的：