光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺。它包括由可調(diào)諧激光器、光學(xué)分路器、光功率控制器件/移頻器、光學(xué)調(diào)制器、光學(xué)諧振腔、光電轉(zhuǎn)換模塊等構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)，以及由調(diào)制解調(diào)模塊、反饋鎖定、光功率反饋模塊構(gòu)成的處理電路。本發(fā)明通過檢測光電探測器后端二次頻信號，利用光功率控制器件及其驅(qū)動控制單元構(gòu)建了光功率的反饋控制回路，進(jìn)一步提高了諧振腔入腔光功率的穩(wěn)定性。本發(fā)明有利于提高陀螺輸出標(biāo)度因數(shù)的穩(wěn)定性，降低光學(xué)克爾效應(yīng)的影響，提高單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺的長期穩(wěn)定性。
【專利說明】光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)傳感以及信號檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺。
【背景技術(shù)】
[0002]單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺(Resonator Optic Gyro, ROG)是利用光學(xué)Sagnac效應(yīng)實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動檢測的一種高精度的微型慣性傳感器。無振動部件的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺具有小型化，精度高，抗震動等優(yōu)點。相比微機械陀螺(Micro Electro MechanicalSystems, MEMS)和光纖陀螺(Interferometric Fiber Optical Gyroscope, IFOG), ROG 將具有更大的優(yōu)勢。
[0003]在諧振式集成光學(xué)陀螺中，激光功率的波動除了會影響陀螺輸出標(biāo)度因素穩(wěn)定性外，還會弓I起光克爾效應(yīng)等。此外，在構(gòu)建對稱互易結(jié)構(gòu)的陀螺系統(tǒng)時候，對光功率的穩(wěn)定性也提出了較高的要求，因此，需要開展環(huán)路光功率穩(wěn)定技術(shù)研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺。
[0005]一種光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺包括由可調(diào)諧激光器、光學(xué)分路器、第一光功率控制器件/移頻器、第二光功率控制器件/移頻器、第一調(diào)制器、第二調(diào)制器、光學(xué)諧振腔、光電轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)，和由一次頻解調(diào)模塊、二次頻解調(diào)模塊、第一鎖定反饋模塊、第二鎖定反饋模塊、第三鎖定反饋模塊、第一功率反饋模塊、第二功率反饋模塊構(gòu)成的處理電路。可調(diào)諧激光器與光學(xué)分路器相連，光學(xué)分路器出口分別與第一光功率控制器件/移頻器、第二光功率控制器件/移頻器相連，第一光功率控制器件/移頻器出口經(jīng)第一調(diào)制器與光學(xué)諧振腔相連，第二光功率控制器件/移頻器經(jīng)第二調(diào)制器與光學(xué)諧振腔相連，光學(xué)諧振腔出口與光電轉(zhuǎn)換模塊相連。光電轉(zhuǎn)換模塊出口分別與一次頻解調(diào)模塊、二次頻解調(diào)模塊相連，一次頻解調(diào)模塊出口分成兩路，一路經(jīng)頻率反饋模塊與可調(diào)諧激光器調(diào)諧端相連，一路作為陀螺輸出。二次頻解調(diào)模塊出口分成兩路，一路經(jīng)第一功率反饋模塊與第一光功率控制器件/移頻器相連，另一路經(jīng)第二功率反饋模塊與第二光功率控制器件/移頻器相連。
[0006]所述的第一移頻器和第二移頻器為聲光移頻器或光學(xué)相位調(diào)制器。所述的光學(xué)諧振腔為光纖或者集成光學(xué)器件。所述的光學(xué)諧振腔的結(jié)構(gòu)為透射式光學(xué)環(huán)形腔或反射式光學(xué)環(huán)形腔。
[0007]另一種光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺包括頻率可調(diào)激光器、隔離器、耦合器、第一聲光移頻器、第一相位調(diào)制器、第二聲光移頻器、第二相位調(diào)制器、第一壓控振蕩器、第二壓控振蕩器、第一信號源、第二信號源、第一鎖相放大器、第二鎖相放大器、第一光電探測器、第二光電探測器、第一環(huán)形器、第二環(huán)形器、光學(xué)環(huán)形諧振腔芯片、頻率伺服回路、數(shù)據(jù)記錄儀、第三鎖相放大器、第四鎖相放大器、第一功率伺服回路、第二功率伺服回路；頻率可調(diào)激光器與隔離器、耦合器順次相連，耦合器輸出分兩路，一路經(jīng)第一聲光移頻器、第一相位調(diào)制器、第一環(huán)形器與光學(xué)環(huán)形諧振腔相連，另一路經(jīng)第二聲光移頻器、第二相位調(diào)制器、第二環(huán)形器與光學(xué)環(huán)形諧振腔相連，光學(xué)環(huán)形諧振腔輸出分兩路，一路經(jīng)第一環(huán)形器與第一光電探測器相連，另一路經(jīng)第二環(huán)形器與第二光電探測器相連，第一光電探測器輸出分成兩路，一路經(jīng)第一鎖相放大器、頻率伺服回路與與頻率可調(diào)激光器相連，另一路經(jīng)第三鎖相放大器、第一功率伺服回路與第一聲光移頻器相連。第二光電探測器輸出分成兩路，一路經(jīng)第二鎖相放大器與數(shù)據(jù)記錄儀相連，另一路經(jīng)第四鎖相放大器、第二功率伺服回路與第二聲光移頻器相連。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果:
[0009]I)本發(fā)明提供的光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺有利于提高單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺光功率的穩(wěn)定性，提高陀螺輸出穩(wěn)定性；
[0010]2)本發(fā)明提供的光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺有利于提高陀螺系統(tǒng)的線性度，減小光學(xué)克爾噪聲；
[0011]3)本發(fā)明提供的光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺，有利于提高陀螺系統(tǒng)的對稱性，降低互易性噪聲。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是基于聲光移頻器光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖中:頻率可調(diào)激光器1、隔離器2、耦合器3、第一聲光移頻器4、第一相位調(diào)制器
5、第二聲光移頻器6、第二相位調(diào)制器7、第一壓控振蕩器8、第二壓控振蕩器9、第一信號源10、第二信號源11、第一鎖相放大器12、第二鎖相放大器13、第一光電探測器14、第二光電探測器15、第一環(huán)形器16、第二環(huán)形器17、光學(xué)環(huán)形諧振腔芯片18、頻率伺服回路19、數(shù)據(jù)記錄儀20、第三鎖相放大器21、第四鎖相放大器22、第一功率伺服回路23、第二功率伺服回路24。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合實施例和附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于此。
[0016]如圖1所示，光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺包括由可調(diào)諧激光器、光學(xué)分路器、第一光功率控制器件/移頻器、第二光功率控制器件/移頻器、第一調(diào)制器、第二調(diào)制器、光學(xué)諧振腔、光電轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)，和由一次頻解調(diào)模塊、二次頻解調(diào)模塊、第一鎖定反饋模塊、第二鎖定反饋模塊、第三鎖定反饋模塊、第一功率反饋模塊、第二功率反饋模塊構(gòu)成的處理電路?？烧{(diào)諧激光器與光學(xué)分路器相連，光學(xué)分路器出口分別與第一光功率控制器件/移頻器、第二光功率控制器件/移頻器相連，第一光功率控制器件/移頻器出口經(jīng)第一調(diào)制器與光學(xué)諧振腔相連，第二光功率控制器件/移頻器經(jīng)第二調(diào)制器與光學(xué)諧振腔相連，光學(xué)諧振腔出口與光電轉(zhuǎn)換模塊相連。光電轉(zhuǎn)換模塊出口分別與一次頻解調(diào)模塊、二次頻解調(diào)模塊相連，一次頻解調(diào)模塊出口分成兩路，一路經(jīng)頻率反饋模塊與可調(diào)諧激光器調(diào)諧端相連，一路作為陀螺輸出。二次頻解調(diào)模塊出口分成兩路，一路經(jīng)第一功率反饋模塊與第一光功率控制器件/移頻器相連，另一路經(jīng)第二功率反饋模塊與第二光功率控制器件/移頻器相連。
[0017]所述的第一移頻器和第二移頻器為聲光移頻器或光學(xué)相位調(diào)制器。所述的第一調(diào)制移頻器件和第二調(diào)制移頻器件為聲光移頻器或光學(xué)相位調(diào)制器。所述的光學(xué)諧振腔為光纖或者集成光學(xué)器件。所述的光學(xué)諧振腔的結(jié)構(gòu)為透射式光學(xué)環(huán)形腔或反射式光學(xué)環(huán)形腔。
[0018]如圖2示，另一種光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺包括頻率可調(diào)激光器1、隔離器2、耦合器3、第一聲光移頻器4、第一相位調(diào)制器5、第二聲光移頻器6、第二相位調(diào)制器7、第一壓控振蕩器8、第二壓控振蕩器9、第一信號源10、第二信號源11、第一鎖相放大器12、第二鎖相放大器13、第一光電探測器14、第二光電探測器15、第一環(huán)形器16、第二環(huán)形器17、光學(xué)環(huán)形諧振腔芯片18、頻率伺服回路19、數(shù)據(jù)記錄儀20、第三鎖相放大器21、第四鎖相放大器22、第一功率伺服回路23、第二功率伺服回路24 ;頻率可調(diào)激光器I與隔離器2、耦合器3順次相連，耦合器3輸出分兩路，一路經(jīng)第一聲光移頻器4、第一相位調(diào)制器5、第一環(huán)形器16與光學(xué)環(huán)形諧振腔18相連，另一路經(jīng)第二聲光移頻器6、第二相位調(diào)制器7、第二環(huán)形器17與光學(xué)環(huán)形諧振腔18相連，光學(xué)環(huán)形諧振腔18輸出分兩路，一路經(jīng)第一環(huán)形器16與第一光電探測器14相連，另一路經(jīng)第二環(huán)形器17與第二光電探測器15相連，第一光電探測器14輸出分成兩路，一路經(jīng)第一鎖相放大器12、頻率伺服回路19與頻率可調(diào)激光器I相連，另一路經(jīng)第三鎖相放大器21、第一功率伺服回路23與第一聲光移頻器4相連。第二光電探測器15輸出分成兩路，一路經(jīng)第二鎖相放大器13與數(shù)據(jù)記錄儀20相連，另一路經(jīng)第四鎖相放大器22、第二功率伺服回路24與第二聲光移頻器6相連。
[0019]頻率可調(diào)激光器發(fā)出的激光經(jīng)隔離器和耦合器后分為等功率的兩束光:順時針路和逆時針路。順時針路激光分別經(jīng)光功率控制器件/移頻器件移頻，這里光功率控制器件/移頻器可以由聲光移頻器或者相位調(diào)制器等實現(xiàn)，然后進(jìn)入調(diào)制解調(diào)模塊對光進(jìn)行調(diào)制再由環(huán)形器輸入到光學(xué)環(huán)形諧振腔，這里的光學(xué)環(huán)形諧振腔可以是任何一種可以構(gòu)成諧振腔的器件和形式，包括透射式的和反射式的光纖，集成光學(xué)器件等，調(diào)制可以由信號源儀器或者電路實現(xiàn)，在腔內(nèi)形成順時針諧振光后由環(huán)形器輸入到光電探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，再經(jīng)調(diào)制解調(diào)模塊解調(diào)，一次頻解調(diào)模塊可由鎖相放大器實現(xiàn)，最后將解調(diào)輸出經(jīng)伺服回路去控制激光器輸出光的頻率，逆時針路解調(diào)輸出作為陀螺輸出。二次頻解調(diào)模塊可由鎖相放大器實現(xiàn)，最后將解調(diào)輸出經(jīng)伺服回路去控制之前光路所經(jīng)光功率控制器件驅(qū)動功率控制，實現(xiàn)順時針路光功率環(huán)路鎖定；逆時針路光功率環(huán)路鎖定與順時針路光功率環(huán)路鎖定同理。
[0020]在光電探測器之前，二倍頻與一次頻信號經(jīng)過的光學(xué)路徑是一致的，在由光電探測器轉(zhuǎn)換成電信號后，我們分別用兩倍頻正弦信號去解調(diào)，再將解調(diào)輸出經(jīng)環(huán)路濾波器后去反饋控制光功率控制器件，實時調(diào)整環(huán)路光功率。需要說明的是，光功率反饋回路是要建立在激光諧振頻率伺服回路鎖定基礎(chǔ)上，即此時諧振腔入腔光波頻率是被鎖定在諧振頻率點上。
[0021]由光電轉(zhuǎn)換模塊出來的電信號可以表不為:
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺，其特征在于包括由可調(diào)諧激光器、光學(xué)分路器、第一光功率控制器件/移頻器、第二光功率控制器件/移頻器、第一調(diào)制器、第二調(diào)制器、光學(xué)諧振腔、光電轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)，和由一次頻解調(diào)模塊、二次頻解調(diào)模塊、第一鎖定反饋模塊、第二鎖定反饋模塊、第三鎖定反饋模塊、第一功率反饋模塊、第二功率反饋模塊構(gòu)成的處理電路；可調(diào)諧激光器與光學(xué)分路器相連，光學(xué)分路器出口分別與第一光功率控制器件/移頻器、第二光功率控制器件/移頻器相連，第一光功率控制器件/移頻器出口經(jīng)第一調(diào)制器與光學(xué)諧振腔相連，第二光功率控制器件/移頻器經(jīng)第二調(diào)制器與光學(xué)諧振腔相連，光學(xué)諧振腔出口與光電轉(zhuǎn)換模塊相連；光電轉(zhuǎn)換模塊出口分別與一次頻解調(diào)模塊、二次頻解調(diào)模塊相連，一次頻解調(diào)模塊出口分成兩路，一路經(jīng)頻率反饋模塊與可調(diào)諧激光器調(diào)諧端相連，一路作為陀螺輸出，二次頻解調(diào)模塊出口分成兩路，一路經(jīng)第一功率反饋模塊與第一光功率控制器件/移頻器相連，另一路經(jīng)第二功率反饋模塊與第二光功率控制器件/移頻器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺，其特征在于所述的第一移頻器和第二移頻器為聲光移頻器或光學(xué)相位調(diào)制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺，其特征在于所述的光學(xué)諧振腔為光纖或者集成光學(xué)器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙路閉環(huán)的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺，其特征在于所述的光學(xué)諧振腔的結(jié)構(gòu)為透射式光學(xué)環(huán)形腔或反射式光學(xué)環(huán)形腔。
5.一種光功率反饋的單路閉環(huán)諧振式光學(xué)陀螺，其特征在于包括頻率可調(diào)激光器(I)、隔離器(2)、耦合器(3)、第一聲光移頻器(4)、第一相位調(diào)制器(5)、第二聲光移頻器(6)、第二相位調(diào)制器(7)、第一壓控振蕩器(8)、第二壓控振蕩器(9)、第一信號源(10)、第二信號源(11)、第一鎖相放大器(12)、第二鎖相放大器(13)、第一光電探測器(14)、第二光電探測器(15)、第一環(huán)形器(16)、第二環(huán)形器(17)、光學(xué)環(huán)形諧振腔芯片(18)、頻率伺服回路(19)、數(shù)據(jù)記錄儀(20)、第三鎖相放大器(21)、第四鎖相放大器(22)、第一功率伺服回路(23)、第二功率伺服回路(24);頻率可調(diào)激光器(I)與隔離器(2)、耦合器(3)順次相連，耦合器(3)輸出分兩路，一路經(jīng)第一聲光移頻器(4)、第一相位調(diào)制器(5)、第一環(huán)形器(16)與光學(xué)環(huán)形諧振腔(18)相連，另一路經(jīng)第二聲光移頻器(6)、第二相位調(diào)制器(7)、第二環(huán)形器(17)與光學(xué)環(huán)形諧振腔(18)相連，光學(xué)環(huán)形諧振腔(18)輸出分兩路，一路經(jīng)第一環(huán)形器(16)與第一光電探測器(14)相連，另一路經(jīng)第二環(huán)形器(17)與第二光電探測器(15)相連，第一光電探測器(14)輸出分成兩路，一路經(jīng)第一鎖相放大器(12)、頻率伺服回路(19)與與頻率可調(diào)激光器(I)相連，另一路經(jīng)第三鎖相放大器(21)、第一功率伺服回路(23)與第一聲光移頻器(4)相連，第二光電探測器(15)輸出分成兩路，一路經(jīng)第二鎖相放大器(13)與數(shù)據(jù)記錄儀(20)相連，另一路經(jīng)第四鎖相放大器(22)、第二功率伺服回路(24)與第二聲光移頻器(6)相連。
【文檔編號】G01C19/72GK103712615SQ201310604323
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】李學(xué)輝, 金仲和, 張顧洪, 馬慧蓮 申請人:浙江大學(xué)