雙諧振腔諧振式光學(xué)陀螺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高靈敏度諧振式光學(xué)陀螺，具體為一種雙諧振腔諧振式光學(xué)陀螺，包括隔離準(zhǔn)直芯片可調(diào)諧光源Laser、第一耦合器C1、多功能集成光學(xué)調(diào)制器、第三耦合器C3、第二耦合器C2、第四耦合器C4、主諧振腔、第一光電探測器PD1、第一鎖相放大器LIA1、第二光電探測器PD2、第二鎖相放大器LIA2，反饋控制電路FBC，還包括其內(nèi)中心位置設(shè)有歐姆結(jié)的環(huán)狀的輔諧振腔、溫控模塊和第五耦合器C5，主諧振腔上在和輸入口相對的位置還設(shè)有輸出口，第五耦合器C5的輸入端和主諧振腔的輸出口接觸，第五耦合器C5的輸出端和輔諧振腔的輸入口接觸，溫控模塊通過MEMS工藝制作的導(dǎo)線和歐姆結(jié)連接，解決了諧振式光學(xué)陀螺靈敏度不高的問題。
【專利說明】雙諧振腔諧振式光學(xué)陀螺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高靈敏度諧振式光學(xué)陀螺，具體為一種雙諧振腔諧振式光學(xué)陀螺。
【背景技術(shù)】
[0002]諧振式光學(xué)陀螺是繼微機(jī)電陀螺、干涉式光纖陀螺、激光陀螺之后發(fā)展起來的一種微小體積、低功耗、高可靠性的新型角速度傳感器，在國家深空探測、武器精確制導(dǎo)、北斗導(dǎo)航等重大計劃和工程的帶動下，高靈敏度、微小型化、高穩(wěn)定性、抗高過載等特性成為未來陀螺慣性器件的發(fā)展趨勢，而高靈敏度是諧振式光學(xué)陀螺的首要指標(biāo)。近年來，諧振式光學(xué)陀螺的研究受到了國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注，也取得了一些研究成果，諧振式光學(xué)陀螺，包括隔離準(zhǔn)直芯片可調(diào)諧光源Laser，隔離準(zhǔn)直芯片可調(diào)諧光源Laser的輸出端通過光波導(dǎo)和第一耦合器Cl的輸入端連接，第一耦合器Cl的輸出端通過光波導(dǎo)分別和多功能集成光學(xué)調(diào)制器中第一調(diào)制器PMl和第二調(diào)制器PM2的輸入端連接，第一調(diào)制器PMl的輸出端通過光波導(dǎo)和第三耦合器C3的輸入端連接，第二調(diào)制器PM2的輸出端通過光波導(dǎo)和第二率禹合器C2的輸入端連接,第二稱合器C2、第三稱合器C3的輸出端通過光波導(dǎo)分別和第四耦合器C4的輸入端連接，第四耦合器C4的輸出端和環(huán)狀的主諧振腔的輸入口接觸，第二耦合器C2的另一輸出端通過光波導(dǎo)和第一光電探測器PDl的輸入端連接，第一光電探測器PDl的輸出端和第一鎖相放大器LIAl的輸入端連接,第三I禹合器C3的另一輸出端通過光波導(dǎo)和第二光電探測器TO2的輸入端連接，第二光電探測器TO2的輸出端和第二鎖相放大器LIA2的輸入端連接，第二鎖相放大器LIA2的輸出端和反饋控制電路FBC的輸入端連接，反饋控制電路FBC的輸出端和隔離準(zhǔn)直芯片可調(diào)諧光源Laser的反饋輸入端連接；工作時，隔離準(zhǔn)直芯片可調(diào)諧光源Laser發(fā)出的光束經(jīng)過第一耦合器Cl后進(jìn)入多功能集成光學(xué)調(diào)制器中，光束被多功能集成光學(xué)調(diào)制器中的第一調(diào)制器PMl和第二調(diào)制器PM2分為兩路功率相同、頻差較小(可認(rèn)為零)的調(diào)制光波，一路調(diào)制光波經(jīng)第二耦合器C2、第四耦合器C4進(jìn)入主諧振腔，形成逆時針方向傳輸?shù)墓獠ǎ硪宦氛{(diào)制光波經(jīng)第三耦合器C3、第四耦合器C4進(jìn)入主諧振腔,形成順時針方向傳輸?shù)墓獠?逆時針方向傳輸?shù)墓獠ㄔ谥髦C振腔內(nèi)傳輸完后經(jīng)過第三耦合器C3輸入到第二光電探測器TO2，第二光電探測器PD2將光波信號轉(zhuǎn)換為電信號輸送到第二鎖相放大器LIA2，電信號再由反饋控制電路FBC輸入到隔離準(zhǔn)直芯片可調(diào)諧光源Laser的反饋輸入端，第二鎖相放大器LIA2和反饋控制電路FBC對隔離準(zhǔn)直芯片可調(diào)諧光源Laser進(jìn)行調(diào)頻，使隔離準(zhǔn)直芯片可調(diào)諧光源Laser的頻率鎖定在主諧振腔的本征透射譜峰中心頻率處；順時針方向傳輸?shù)墓獠ㄔ谥髦C振腔內(nèi)傳輸完后經(jīng)過第二耦合器C2、第一光電探測器F1Dl和第一鎖相放大器LIAl輸出得到順時針方向傳輸?shù)墓獠ǖ念l率電信號；當(dāng)光學(xué)陀螺靜止時，由光電探測器HH、PD2轉(zhuǎn)換得到的兩路光波的本征透射譜峰中心頻率相同，當(dāng)光學(xué)陀螺固定在被測物體上隨著被測物體旋轉(zhuǎn)時，由光電探測器ro1、ro2轉(zhuǎn)換得到的兩路光波的本征透射譜峰中心頻率不同，兩路光波出現(xiàn)諧振頻差，根據(jù)Sagnac效應(yīng)，諧振頻差大小與旋轉(zhuǎn)的被測物體角速度Ω成正比，通過分析輸出光強(qiáng)與測量兩路光波諧振頻差之間的對應(yīng)關(guān)系，即能檢測提取出被測物體的旋轉(zhuǎn)角速度Ω。但是傳統(tǒng)的諧振式光學(xué)陀螺采用跟蹤和鎖定諧振腔的本征透射譜峰中心頻率測量角速度，由于該本征透射譜峰較寬，其跟蹤和鎖定的精度不高，導(dǎo)致光學(xué)陀螺的輸出信號靈敏度不高，靈敏度不高成為了制約諧振式光學(xué)陀螺發(fā)展的瓶頸。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決諧振式光學(xué)陀螺靈敏度不高的問題，提供了一種雙諧振腔諧振式光學(xué)陀螺。
[0004]本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:雙諧振腔諧振式光學(xué)陀螺，包括隔離準(zhǔn)直芯片可調(diào)諧光源Laser,隔離準(zhǔn)直芯片可調(diào)諧光源Laser的輸出端通過光波導(dǎo)和第一I禹合器Cl的輸入端連接，第一耦合器Cl的輸出端通過光波導(dǎo)分別和多功能集成光學(xué)調(diào)制器中第一調(diào)制器PMl和第二調(diào)制器PM2的輸入端連接，第一調(diào)制器PMl的輸出端通過光波導(dǎo)和第三稱合器C3的輸入端連接,第二調(diào)制器PM2的輸出端通過光波導(dǎo)和第二稱合器C2的輸入端連接，第二耦合器C2、第三耦合器C3的輸出端通過光波導(dǎo)分別和第四耦合器C4的輸入端連接，第四耦合器C4的輸出端和環(huán)狀的主諧振腔的輸入口接觸，第二耦合器C2的另一輸出端通過光波導(dǎo)和第一光電探測器roi的輸入端連接，第一光電探測器roi的輸出端和第一鎖相放大器LIAl的輸入端連接,第三稱合器C3的另一輸出端通過光波導(dǎo)和第二光電探測器PD2的輸入端連接，第二光電探測器PD2的輸出端和第二鎖相放大器LIA2的輸入端連接，第二鎖相放大器LIA2的輸出端和反饋控制電路FBC的輸入端連接，反饋控制電路FBC的輸出端和隔離準(zhǔn)直芯片可調(diào)諧光源Laser的反饋輸入端連接，還包括其內(nèi)中心位置設(shè)有歐姆結(jié)的環(huán)狀的輔諧振腔、溫控模塊和第五耦合器C5，主諧振腔上在和輸入口相對的位置還設(shè)有輸出口，第五I禹合器C5的輸入端和主諧振腔的輸出口接觸，第五I禹合器C5的輸出端和輔諧振腔的輸入口接觸，溫控模塊通過MEMS工藝制作的導(dǎo)線和歐姆結(jié)連接。
[0005]在主諧振腔內(nèi)順、逆時針傳輸?shù)墓獠ń?jīng)第五耦合器C5進(jìn)入輔諧振腔，在輔諧振腔內(nèi)按逆、順時針方向傳輸，然后進(jìn)入主諧振腔，在主諧振腔內(nèi)完成傳輸后由第二耦合器C2、第三耦合器C3分別傳輸?shù)降谝还怆娞綔y器PDl和第二光電探測器TO2 ;采用主、輔諧振腔雙環(huán)耦合的微腔結(jié)構(gòu)，增大了光程，使得Sagnac效應(yīng)更加顯著，同時更重要的是，當(dāng)光學(xué)陀螺固定在被測物體上隨著被測物體旋轉(zhuǎn)時，在諧振腔內(nèi)相向傳輸?shù)膬陕饭獾墓獬滩煌?，使得光子交換在諧振腔本征透射譜峰中心頻率失諧位置出現(xiàn)拉比分裂的現(xiàn)象，產(chǎn)生諧振耦合誘導(dǎo)效應(yīng)，該效應(yīng)可以在諧振腔本征透射譜峰中心頻率失諧位置產(chǎn)生一個更窄的誘導(dǎo)透射譜峰(如圖2所示)，光學(xué)陀螺可以跟蹤和鎖定誘導(dǎo)透射譜峰的中心頻率測量角速度，由公式
【權(quán)利要求】
1.雙諧振腔諧振式光學(xué)陀螺，包括隔離準(zhǔn)直芯片可調(diào)諧光源Laser，隔離準(zhǔn)直芯片可調(diào)諧光源Laser的輸出端通過光波導(dǎo)和第一稱合器Cl的輸入端連接,第一稱合器Cl的輸出端通過光波導(dǎo)分別和多功能集成光學(xué)調(diào)制器中第一調(diào)制器PMl和第二調(diào)制器PM2的輸入端連接，第一調(diào)制器PMl的輸出端通過光波導(dǎo)和第三耦合器C3的輸入端連接，第二調(diào)制器PM2的輸出端通過光波導(dǎo)和第二稱合器C2的輸入端連接,第二稱合器C2、第三稱合器C3的輸出端通過光波導(dǎo)分別和第四耦合器C4的輸入端連接，第四耦合器C4的輸出端和環(huán)狀的主諧振腔的輸入口接觸，第二耦合器C2的另一輸出端通過光波導(dǎo)和第一光電探測器roi的輸入端連接，第一光電探測器F1Dl的輸出端和第一鎖相放大器LIAl的輸入端連接,第三耦合器C3的另一輸出端通過光波導(dǎo)和第二光電探測器TO2的輸入端連接，第二光電探測器FO2的輸出端和第二鎖相放大器LIA2的輸入端連接,第二鎖相放大器LIA2的輸出端和反饋控制電路FBC的輸入端連接，反饋控制電路FBC的輸出端和隔離準(zhǔn)直芯片可調(diào)諧光源Laser的反饋輸入端連接，其特征在于還包括其內(nèi)中心位置設(shè)有歐姆結(jié)的環(huán)狀的輔諧振腔、溫控模塊和第五稱合器C5,主諧振腔上在和輸入口相對的位置還設(shè)有輸出口，第五稱合器C5的輸入端和主諧振腔的輸出口接觸，第五耦合器C5的輸出端和輔諧振腔的輸入口接觸，溫控模塊通過MEMS工藝制作的導(dǎo)線和歐姆結(jié)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙諧振腔諧振式光學(xué)陀螺，其特征在于所述歐姆結(jié)的形狀為圓形。
【文檔編號】G01C19/64GK103499344SQ201310306600
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月22日
【發(fā)明者】閆樹斌, 鄭永秋, 薛晨陽, 任勇峰, 李圣昆, 張文棟, 劉俊, 焦新泉, 安盼龍, 張蔚云, 張建輝, 李小楓 申請人:中北大學(xué)