[發明專利]一種基于微腔結構檢測靈敏度可調的光學陀螺儀及角速度的測量方法

在審

• 申請號: 202210947394.6
• 申請日: 2022-08-09
• 公開（公告）號: CN115307619A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 曹志剛;陳家銘;劉斌;吳語燕;孫雨晗;汪玉琦;袁浩;呂亮;胡志家;俞本立
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G01C19/00
• 代理公司: 合肥云道爾知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34230
• 代理人: 司楠

本發明公開了一種基于微腔結構檢測靈敏度可調的光學陀螺儀及角速度的測量方法，所述光學陀螺儀包括直波導、微環諧振腔、旋轉平臺、空間周期性微電極、耦合區、可調電壓源；直波導與微環諧振腔處于耦合狀態，形成耦合區；旋轉平臺用于帶動微環諧振腔旋轉；入射光經由直波導通過耦合區進入微環諧振腔；空間周期性微電極設置在微環諧振腔的非耦合圓弧區域，作用于微環諧振腔，施加周期分布電場對電極對應區域產生調制，形成周期性的折射率分布，產生一個調制深度可控的等效布拉格光柵；可調電壓源用于調節空間周期性微電極的電壓，調節電極對應區域折射率。本發明可以通過測量該陀螺儀透射光譜的諧振劈裂峰透射率差值實現角速度的測量。

技術領域

本發明涉及光學陀螺儀技術領域，具體涉及一種基于微腔結構檢測靈敏度可調的光學陀螺儀及角速度的測量方法。

背景技術

諧振式光學陀螺儀主要通過檢測旋轉引起的腔內順時針模式和逆時針模式的諧振頻率差來測量角速度，其關鍵在于敏感單元的設計，主要包括回音壁模式諧振腔，光波導環形諧振腔等。該類型陀螺儀具有精度高、重量輕、小型化等優點，在航空、航天、自動駕駛等領域具有廣泛應用。

目前基于回音壁模式諧振腔的光學陀螺儀主要通過雙向輸入光場，測量諧振頻率漂移量實現角速度測量，敏感單元設計包括：單環耦合單波導結構和多環光波導諧振腔結構。單環結構要求微環制作精細，以獲得高品質因子，滿足諧振條件且相向傳輸的兩束入射光耦合進入微環形成逆時針模式和順時針模式，旋轉引起諧振峰劈裂時可計算出角速度；相對于相同面積的單環諧振腔，多環光波導諧振腔結構能提供更明顯的諧振差來獲得更高的靈敏度，但環與環之間的耦合需要精確設計和控制，耦合損耗更高。

目前現有諧振式光學陀螺儀檢測靈敏度均為固定值，通過測量旋轉后引起的諧振峰劈裂來計算出角速度，如果能夠實現一種檢測靈敏度可調且通過測量透射率計算出角速度的光學陀螺儀，根據實際情況靈活調節所需靈敏度，具有重要的理論和實踐意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于微腔結構檢測靈敏度可調的光學陀螺儀及角速度的測量方法，其可以通過測量該陀螺儀透射光譜的諧振劈裂峰透射率差值實現角速度的測量。

在本發明的一個方面，本發明提出了一種基于微腔結構檢測靈敏度可調的光學陀螺儀。根據本發明的實施例，包括直波導、微環諧振腔、旋轉平臺、空間周期性微電極、耦合區、可調電壓源；

所述直波導與微環諧振腔處于耦合狀態，形成耦合區；

所述旋轉平臺與微環諧振腔相連接，旋轉平臺用于帶動微環諧振腔旋轉；

入射光耦合進入直波導，通過直波導表面倏逝場在耦合區被耦合進入微環諧振腔，當入射光滿足諧振條件時，形成逆時針傳輸模式，透射光譜上體現為諧振波長處的單一透射峰。

所述空間周期性微電極設置在微環諧振腔的非耦合圓弧區域，作用于微環諧振腔，施加周期分布電場對電極對應區域產生調制，形成周期性的折射率分布，產生一個調制深度可控的等效布拉格光柵，所述等效光柵可引起反射；透射光譜諧振波長處單一透射峰產生模式劈裂的方法為：空間周期性微電極在微環諧振腔電極對應區域產生折射率調制，等效形成布拉格光柵，逆時針傳輸模式在折射率調制區域滿足布拉格反射條件后將會產生反射，形成順時針模式，順時針模式和逆時針模式相互耦合，產生透射峰劈裂。

所述可調電壓源用于調節空間周期性微電極的電壓大小，調節電極對應區域折射率大小。

另外，根據本發明上述實施例的一種基于微腔結構檢測靈敏度可調的光學陀螺儀，還可以具有如下附加的技術特征：

在本發明的一些實施例中，所述微環諧振腔的材料為近紅外波段低損耗電光材料。

在本發明的一些實施例中，所述微環諧振腔的材料為鈮酸鋰。