基于高k氟化物諧振腔的諧振式光學(xué)陀螺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于高K氟化物諧振腔的諧振式光學(xué)陀螺，其由激光器、分束器、相位調(diào)制器、環(huán)形共振器、三角棱鏡、氟化物楔形腔、探測器、鎖相放大器、PI電路、加法器、高壓放大器、信號發(fā)生器、隔離器構(gòu)成。PI電路對光信號進行調(diào)制使得從A、B探測器輸出的信號中提取出能反應(yīng)載體旋轉(zhuǎn)角速率的物理量，并且根據(jù)該物理量分別改變控制光源出射光的頻率和相位調(diào)制器的調(diào)制電壓，實現(xiàn)對光路的反饋，最終達到使在氟化物楔形腔中順逆時針傳播的光路都諧振的目的。
【專利說明】基于高K氟化物諧振腔的諧振式光學(xué)陀螺

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于陀螺【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種角速率測量裝置，具體地說是指一種以Sagnac效應(yīng)為基礎(chǔ)的一種光在閉合光路中傳輸?shù)姆绞?使用氟化物楔形腔,利用多光束干涉實現(xiàn)測量角速度的諧振式光學(xué)陀螺，具體是一種基于高K氟化物諧振腔的諧振式光學(xué)陀螺。

【背景技術(shù)】
[0002]陀螺慣性器件作為慣導(dǎo)系統(tǒng)中的核心部件，在國土防空、艦船、潛艇的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、導(dǎo)彈軌道控制、飛行器自主導(dǎo)航等陸、海、空、天制導(dǎo)、導(dǎo)航及控制【技術(shù)領(lǐng)域】以及衛(wèi)星姿態(tài)控制、攝像機穩(wěn)瞄穩(wěn)像、大地測量、資源勘測、機器人、電子消費品等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用背景，其發(fā)展對一個國家的國防事業(yè)、基礎(chǔ)工業(yè)以及高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的意義。
[0003]目前，陀螺慣性器件主要有傳統(tǒng)機械陀螺、光學(xué)陀螺(光纖陀螺、激光陀螺)、微機械(MEMS)陀螺等類型。傳統(tǒng)的機械式陀螺儀適用于大載體高精度的慣性導(dǎo)航，但普遍存在體積大、啟動時間長、存在可動部件等問題，無法滿足深空探測、構(gòu)建深空探測網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ骷阅芊€(wěn)定、功耗低、體積小等要求，以及微型化、隱身化武器裝備作戰(zhàn)使用要求，難以實現(xiàn)“靈便型”測量系統(tǒng)。微機械陀螺儀近年來受到人們廣泛關(guān)注，發(fā)展非常迅速，微陀螺的性能、精度及可靠性逐步提高，但尚未取得根本突破，沒有像微加速度計那樣在市場上大量應(yīng)用。微機械慣性器件隨著器件的微小化，其質(zhì)量和動量也隨之急劇減小，其靈敏度和分辨率等指標(biāo)的提高已達到檢測極限狀態(tài)。光學(xué)陀螺儀具有結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高，工作可靠等優(yōu)點，成為現(xiàn)代導(dǎo)航儀器中不可或缺的關(guān)鍵部分。但光纖陀螺儀需要較為復(fù)雜的光電信號處理，成本較高，受溫度等環(huán)境條件變化影響大，且不易集成。
[0004]隨著全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和高新技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代慣性導(dǎo)航系統(tǒng)改變了發(fā)展方向，對慣性器件提出了更高的要求。慣性器件須在保證高精度的同時，更要求具備體積小、重量輕、功耗低、可罪性聞、易于集成等特點。因此，具有聞精度、聞靈敏度、聞可靠性的諧振式光學(xué)陀螺成為了重要的發(fā)展方向。
[0005]陀螺是用于測量角速率和角加速度變化的裝置。陀螺的主要原理是Sagnac效應(yīng)，在慣性空間中，Sagnac效應(yīng)可以描述為:通過檢測諧振腔內(nèi)順時針和逆時針傳播光束輸出的頻率差來實現(xiàn)諧振腔旋轉(zhuǎn)角速度的測試。當(dāng)諧振腔靜止時，兩束光光波頻率相同，頻差為零；當(dāng)諧振腔轉(zhuǎn)動時，兩束相反方向傳播光光波頻率發(fā)生變化，而且兩束光的頻差與轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，其表達式為:Λ f=4A Ω/AL= ?Ω/λ (Α為諧振腔的面積，D為諧振腔的直徑，L為諧振腔的周長，4A/XL為陀螺的標(biāo)度因子)，故測出Λ f，就可以知道旋轉(zhuǎn)角速率Ω的值。
[0006] 諧振式光學(xué)陀螺是一種新型的角速度傳感器，與機械陀螺相比，具有全固態(tài)，對中立不敏感、啟動快等優(yōu)點；與環(huán)形激光陀螺相比，具有無高電壓電源、無機械抖動的特點，另外，還具有重量輕、小體積、高靈敏度、低成本、高可靠性、低功耗等特點；與干涉式光纖陀螺相比，可減小由多匝線圈纏繞引起的溫度效應(yīng)和Shupe誤差，采用高相干光源波長穩(wěn)定性高、檢測精度高、動態(tài)范圍大。
[0007]諧振很窄的單頻激光在諧振式光纖陀螺中傳播，會改變光纖線芯的折射率，從而引起Kerr效應(yīng)。順、逆時針兩束光的光強不匹配也可以造成頻率誤差，從而印象真正陀螺信號檢測頻差的精度。當(dāng)諧振腔的精細度很高光強很強時，會使得石英光纖發(fā)生手機輻射，造成布里淵散射，而這種受激輻射會使得諧振頻率測量及其不穩(wěn)定。在光纖諧振腔中，把這種經(jīng)過一次循環(huán)而不改變其偏振狀態(tài)的的性質(zhì)稱為偏振的本征狀態(tài)。通常，環(huán)境中的溫度變化或者外界振動等因素的變化都會引起一個由偏振本征態(tài)對應(yīng)的使諧振峰峰值位置的相對變化，從而引起由偏振波動造成的頻率差，這將會直接影響陀螺旋轉(zhuǎn)角速度的測量。
[0008]在傳統(tǒng)的諧振腔選取中，諧振腔材料大部分使用二氧化硅，因為S12具有良好的絕緣性能及穩(wěn)定的二氧化硅-硅襯底界面，然而由于由二氧化硅制備的諧振腔Q值低，尺寸也只能做到幾十um量級，無法滿足陀螺導(dǎo)航級的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，而提供一種基于高K氟化物諧振腔的諧振式光學(xué)陀螺。
[0010]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種基于高K氟化物諧振腔的諧振式光學(xué)陀螺,包括集成在娃基板上的激光器、分束器、A相位調(diào)制器、B相位調(diào)制器、A環(huán)形共振器、B環(huán)形共振器、三角棱鏡、氟化物楔形腔、A探測器、A鎖相放大器、PI電路(即增益積分電路)、加法器、高壓放大器、C信號發(fā)生器、A信號發(fā)生器、B探測器、B信號發(fā)生器、B鎖相放大器、隔離器；A信號發(fā)生器、B信號發(fā)生器、C信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)相同；A相位調(diào)制器、B相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)相同，但在調(diào)制過程中設(shè)置的調(diào)制頻率不同4探測器、B探測器結(jié)構(gòu)相同；氟化物楔形腔是指用精度為0.9999以上的氟化物晶體制作而成的、且周緣為楔形設(shè)計的圓盤；
其中，A相位調(diào)制器和B相位調(diào)制器上下布置于硅基板的中心位置，A、B相位調(diào)制器的右邊布置上下分布的A環(huán)形共振器和B環(huán)形共振器；A、B相位調(diào)制器的左邊由左至右依次布置激光器、隔離器和分束器，A、B環(huán)形共振器的右邊由左至右依次布置三角棱鏡和氟化物楔形腔；A相位調(diào)制器的上方布置B信號發(fā)生器，B信號發(fā)生器上方布置B鎖相放大器；B相位調(diào)制器的下方布置A信號發(fā)生器，A信號發(fā)生器下方布置A鎖相放大器；隔離器下方布置高壓放大器，高壓放大器下方布置加法器，加法器下方布置PI電路；分束器下方布置C信號發(fā)生器；A環(huán)形共振器上方布置B探測器，B環(huán)形共振器下方布置A探測器；
激光器與隔離器連接，隔離器與分束器連接，分束器分別與A相位調(diào)制器和B相位調(diào)制器連接，A相位調(diào)制器與A環(huán)形共振器連接，B相位調(diào)制器與B環(huán)形共振器連接，A環(huán)形共振器的光輸出端經(jīng)準直器垂直對準三角棱鏡的一個側(cè)面，B環(huán)形共振器的光輸出端經(jīng)準直器垂直對準三角棱鏡的另一個側(cè)面，三角棱鏡的底面與氟化物楔形腔通過倐逝場耦合(當(dāng)三角棱鏡與氟化物楔形腔的間隙小于4倍的諧振波長時，本來只在棱鏡與空氣界面處發(fā)生全反射的光，也有一部分以倏逝波的形式進入氟化物楔形腔，即進入氟化物型腔的光波會在腔中進行傳輸和耦合)；激光器與高壓放大器連接，高壓放大器與加法器連接，加法器通過開關(guān)與C信號發(fā)生器連接，加法器還與PI電路連接，PI電路與A鎖相放大器連接，A鎖相放大器分別與A信號發(fā)生器和A探測器連接，A信號發(fā)生器與A相位調(diào)制器連接，A探測器與B環(huán)形共振器連接；B鎖相放大器分別與B信號發(fā)生器和B探測器連接，B信號發(fā)生器與B相位調(diào)制器連接，B探測器與A環(huán)形共振器連接。
[0011]進一步的，激光器是具有保偏光纖、譜線很窄的穩(wěn)定的單頻固態(tài)激光器，采用具有保偏光纖、譜線很窄的穩(wěn)定的單頻固態(tài)激光器是為了保證穩(wěn)定的工作波長和溫度穩(wěn)定性以及很好的單向性出射；A相位調(diào)制器和B相位調(diào)制器都是低振幅調(diào)制的相位調(diào)制器，因為信號發(fā)生器只能輸出最大1V電壓，且低振幅相位調(diào)制器可以避免也因高溫引起的調(diào)制器調(diào)制系數(shù)變化和相位響應(yīng)特性變化從而造成性能的不穩(wěn)定；PI電路是具有很好的反饋的控制電路，只有PI電路能很好的糾偏、調(diào)整誤差，將諧振腔頻率反饋給高壓放大器，激光器才能快速地鎖定諧振腔的頻率；三角棱鏡是等腰直角三角棱鏡，選擇等腰直角棱鏡是保證光在棱鏡里的對稱傳輸和嚴格的全反射傳輸。
[0012]氟化物楔形腔的楔形角度Θ為20。，楔形角做到20°，Q值更高，即諧振腔局域光的能力越強。
[0013]工作時，如圖1、3所示，光源從激光器中發(fā)出，經(jīng)隔離器ISO隔離，隔離器ISO用于防止反射到激光器的光對其原始輸出的頻率產(chǎn)生影響，經(jīng)隔離器輸出的光通過分束器分束為光束I和光束2，此時分束器平分的是光強而不是頻率，光束I進出A相位調(diào)制器后再進出A環(huán)形共振器，光束2進出B相位調(diào)制器后再進出B環(huán)形共振器，A、B環(huán)形共振器主要作用是用來指示方向；從A環(huán)形共振器出射的調(diào)制光從三角棱鏡的201側(cè)面垂直的進入三角棱鏡，經(jīng)折射后在三角棱鏡203底面發(fā)生全反射，再從三角棱鏡的202側(cè)面輸出；WB環(huán)形共振器出射的調(diào)制光從三角棱鏡的202側(cè)面垂直的進入三角棱鏡，經(jīng)折射后在三角棱鏡203底面發(fā)生全反射，再從三角棱鏡的201側(cè)面輸出(如圖3所示，設(shè)三角棱鏡中與A環(huán)形共振器對應(yīng)的一個側(cè)面為201側(cè)面，與B環(huán)形共振器對應(yīng)的一個側(cè)面為202側(cè)面，底面為203底面)。在三角棱鏡203底面與氟化物楔形腔的間隔間產(chǎn)生倐逝場而使得兩束光波耦合進入三角棱鏡，其中經(jīng)三角棱鏡的201側(cè)面進入的光在氟化物楔形腔內(nèi)形成逆時針CCW光束，經(jīng)三角棱鏡202側(cè)面進入氟化物楔形腔內(nèi)的光在氟化物楔形腔內(nèi)形成順時針CW光束，進入氟化物楔形腔內(nèi)的逆時針光束CCW循環(huán)出來進入B環(huán)形共振器，被A探測器檢測到，再通過A鎖相放大器，進入PI電路、加法器和高壓放大器，最后傳給激光器，在此，PI電路是用來糾偏、調(diào)整誤差，從而使激光器的PZT鎖定了氟化物楔形腔的頻率(逆時針的光束)，加法器以及開關(guān)作用是在鎖頻時，打開開關(guān)，掃描電壓和PI控制電壓相加然后傳給激光器的PZT從而控制頻率。經(jīng)過B環(huán)形共振器進入氟化物楔形腔內(nèi)的順時針光束CW循環(huán)出來進入A環(huán)形共振器，被B探測器檢測到，再通過B鎖相放大器輸出，此時輸出的信號即為陀螺的頻差信號，從而實現(xiàn)單路閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0014]本發(fā)明采用高介電常數(shù)(高K)的氟化物材料來代替二氧化硅材料來制備楔形腔，從而得到高Q、高精度的諧振式光學(xué)陀螺。本發(fā)明為精度更高、靈敏度更高的諧振式光學(xué)陀螺儀。以氟化物如氟化鋰、氟化鎂、氟化鈣、氟化鋇等高K氟化物為材料制備的諧振腔，具有高Q值，大直徑d的優(yōu)點，可以獲得高精細度透射譜輸出，從而實現(xiàn)更高分辨率的角速度測量，將現(xiàn)有微機電慣性傳感器的測量精度提高兩個數(shù)量級以上，達0.Ι-Ο.Ο/h，可滿足導(dǎo)航級要求。使用等腰直角三角棱鏡作為耦合器，可以保證光路的對稱輸入和輸出，從而減小上述的偏振誤差；使用三角棱鏡與楔形腔的耦合方式，在固定好棱鏡和楔形腔的相對位置后，封裝時相比用光纖耦合方式使用紫外固化膠的封裝更容易，性能更好。
[0015]在本發(fā)明的基于氟化物諧振腔的諧振式光學(xué)陀螺，PI電路對光信號進行調(diào)制使得從光電探測器(A探測器、B探測器)輸出的信號中提取出能反應(yīng)載體旋轉(zhuǎn)角速率的物理量，并且根據(jù)該物理量分別改變控制光源出射光的頻率和相位調(diào)制器的調(diào)制電壓，實現(xiàn)對光路的反饋，最終達到使在氟化物楔形腔中順逆時針傳播的光路都諧振的目的。本發(fā)明中通過檢測諧振腔(由三角棱鏡和氟化物楔形腔構(gòu)成)中順逆時針傳播的光的頻率差，并經(jīng)過頻率-轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換關(guān)系Λ f=D Ω / λ，間接測量載體的旋轉(zhuǎn)角速率。圖5是Sagnac效應(yīng)的原理圖，即，當(dāng)陀螺不轉(zhuǎn)動的時候，從出射點P發(fā)出的兩束順、逆時針光經(jīng)過相同的光程差后同時傳到P點，當(dāng)陀螺以Ω的角速度轉(zhuǎn)動時，順時針和逆時針光束向相反方向傳輸后回到出射點時，P點已經(jīng)發(fā)生了移動變到P’點，因此，可以根據(jù)順逆時針兩束光的頻差計算得到陀螺轉(zhuǎn)動的角速度。
[0016]本發(fā)明的有益效果為:
O構(gòu)成諧振腔的氟化物材料具有很寬的透射波段和很高的透明度，結(jié)構(gòu)簡單不潮解，是一種具有優(yōu)異光學(xué)特性的材料；
2)構(gòu)成諧振腔(氟化物楔形腔)的尺寸直徑可達_級，從而由氟化物材料制備的諧振腔Q值可達到18-1O11,精細度可達105，為陀螺的高靈敏度和高精細度提供了保證，為諧振式陀螺的性能指標(biāo)達到慣導(dǎo)級和精密級提供了可能；
3)等腰直角三角棱鏡具有平面全內(nèi)反射特性，角向選模特性和相位共軛效果，使在振蕩過程中光場分布趨于均勻，輸出光遠場發(fā)散角小，低價模輸出，光束質(zhì)量好；
4)楔型諧振腔內(nèi)光耦合采用的是棱鏡耦合，棱鏡耦合是通過空間光進行耦合的，在調(diào)整好耦合角度后，可以直接進行封裝，不同于光纖耦合，若要封裝，需要使用紫外固化膠固定，而紫外固化膠的熱效應(yīng)差，溫度升高或降低，都會影響折射率，而致使最終輸出的透射譜和封裝前的透射譜發(fā)生變化。在提高耦合效率的基礎(chǔ)上，避免了耦合器的損耗以及由于光纖陀螺的模場直徑不匹配而產(chǎn)生的光散射等附加損耗及封裝問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明中氟化物楔形腔的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為圖2的局部切面結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖4為本發(fā)明中三角棱鏡與氟化物楔形腔的耦合原理圖。
[0021]圖5為Sagnac效應(yīng)原理圖。
[0022]圖中:1_激光器、2-分束器、3- A相位調(diào)制器、4- B相位調(diào)制器、5_ A環(huán)形共振器、6- B環(huán)形共振器、7-三角棱鏡、8-氟化物楔形腔、9- A探測器、10- A鎖相放大器、11- PI電路、12-加法器、13-高壓放大器、14- C信號發(fā)生器、15- A信號發(fā)生器、16- B探測器、17-B信號發(fā)生器、18- C信號發(fā)生器、19-隔離器、20-開關(guān)。

【具體實施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地描述:
如圖1至圖5所示，一種基于高K氟化物諧振腔的諧振式光學(xué)陀螺，包括集成在硅基板上的激光器1、分束器2、A相位調(diào)制器3、B相位調(diào)制器4、A環(huán)形共振器5、B環(huán)形共振器6、三角棱鏡7、氟化物楔形腔8、A探測器9、A鎖相放大器10、PI電路11、加法器12、高壓放大器13、C信號發(fā)生器14、A信號發(fā)生器15、B探測器16、B信號發(fā)生器17、B鎖相放大器18、隔離器19 ;A信號發(fā)生器15、B信號發(fā)生器17、C信號發(fā)生器14的結(jié)構(gòu)相同；A相位調(diào)制器
3、B相位調(diào)制器4結(jié)構(gòu)相同；A探測器9、B探測器16結(jié)構(gòu)相同；氟化物楔形腔8是指用精度為0.9999以上的氟化物晶體制作而成的、且周緣為楔形設(shè)計的圓盤；
其中，A相位調(diào)制器3和B相位調(diào)制器4上下布置于硅基板的中心位置，A、B相位調(diào)制器3、4的右邊布置上下分布的A環(huán)形共振器5和B環(huán)形共振器6 ;A、B相位調(diào)制器3、4的左邊由左至右依次布置激光器1、隔離器19和分束器2，A、B環(huán)形共振器5、6的右邊由左至右依次布置三角棱鏡7和氟化物楔形腔8 ；A相位調(diào)制器3的上方布置B信號發(fā)生器17，B信號發(fā)生器17上方布置B鎖相放大器18 ；B相位調(diào)制器4的下方布置A信號發(fā)生器15, A信號發(fā)生器15下方布置A鎖相放大器10 ;隔離器19下方布置高壓放大器13，高壓放大器13下方布置加法器12,加法器12下方布置PI電路11 ;分束器2下方布置C信號發(fā)生器14 ；A環(huán)形共振器5上方布置B探測器16，B環(huán)形共振器6下方布置A探測器9 ；
激光器I與隔離器19連接，隔離器19與分束器2連接，分束器2分別與A相位調(diào)制器3和B相位調(diào)制器4連接，A相位調(diào)制器3與A環(huán)形共振器5連接，B相位調(diào)制器4與B環(huán)形共振器6連接，A環(huán)形共振器5的光輸出端經(jīng)準直器垂直對準三角棱鏡7的一個側(cè)面，B環(huán)形共振器6的光輸出端經(jīng)準直器垂直對準三角棱鏡7的另一個側(cè)面，三角棱鏡7的底面與氟化物楔形腔8通過倐逝場耦合；激光器I與高壓放大器13連接，高壓放大器13與加法器12連接，加法器12通過開關(guān)20與C信號發(fā)生器14連接，加法器12還與PI電路11連接，PI電路11與A鎖相放大器10連接，A鎖相放大器10分別與A信號發(fā)生器15和A探測器9連接，A信號發(fā)生器15與A相位調(diào)制器3連接，A探測器9與B環(huán)形共振器6連接；B鎖相放大器18分別與B信號發(fā)生器17和B探測器16連接，B信號發(fā)生器17與B相位調(diào)制器4連接，B探測器16與A環(huán)形共振器5連接。
[0024]在本發(fā)明中，三角棱鏡7和氟化物楔形腔8構(gòu)成一個諧振腔，氟化物楔形腔8的結(jié)構(gòu)如圖2、3所示，三角棱鏡7與氟化物楔形腔8的耦合原理如圖4所示；
本發(fā)明的光路、電路走向為:
光源從激光器I出射進入隔離器19隔離后進入分束器2分束；
經(jīng)分束器2的光分束后分為光束I和光束2，光束I和光束2分別進入A相位調(diào)制器3和B相位調(diào)制器4，再通過A環(huán)形共振器5和B環(huán)形共振器6出來；
從A環(huán)形共振器5出射的調(diào)制光從與三角棱鏡7的201側(cè)面垂直的方向進入棱鏡經(jīng)折射后在棱鏡203底面發(fā)生全反射從棱鏡的202側(cè)面輸出，從B環(huán)形共振器6出射的調(diào)制光從與三角棱鏡7的202側(cè)面垂直的方向進入棱鏡經(jīng)折射后在棱鏡203底面發(fā)生全反射從棱鏡的201側(cè)面輸出；
這兩束光波在三角棱鏡7的203底面與氟化物腔的間隔間產(chǎn)生倏逝場而使的兩束光波耦合進入三角棱鏡7，其中經(jīng)三角棱鏡7的201側(cè)面進入的光在氟化物腔內(nèi)形成逆時針CCW光束，經(jīng)三角棱鏡7的202側(cè)面進入腔內(nèi)的光在氟化物腔中形成順時針CW光，進入氟化物諧振腔內(nèi)的逆時針光束CCW循環(huán)出來進入B環(huán)形共振器6，被A探測器9檢測到；
如圖1所示，CCW方向傳輸?shù)墓馐?jīng)A探測器9轉(zhuǎn)換為電信號后經(jīng)A鎖相放大器10解調(diào)輸出，得到用于反饋控制激光光波頻率的誤差信號，誤差信號的存在，PI電路11控制作用一直進行，最終的結(jié)果使誤差信號為零，此時的激光輸出光波頻率被鎖定在氟化物楔形腔8的CCW方向的諧振頻率點處；
此時的CW方向的諧振光束經(jīng)B探測器16給B鎖相放大器18解調(diào)，輸出即為陀螺信號，從而實現(xiàn)單路閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0025]具體實施時，激光器I是具有保偏光纖、譜線很窄的穩(wěn)定的單頻固態(tài)激光器汸相位調(diào)制器3和B相位調(diào)制器4都是低振幅調(diào)制的相位調(diào)制器；PI電路11是具有很好的反饋的控制電路；三角棱鏡7是等腰直角三角棱鏡，且其反射率可以通過鍍膜實現(xiàn)來達到0.9以上；氟化物楔形腔8的楔形角度Θ為20°。
【權(quán)利要求】
1.一種基于高K氟化物諧振腔的諧振式光學(xué)陀螺，其特征在于:包括集成在硅基板上的激光器(I)、分束器(2)、A相位調(diào)制器(3)、B相位調(diào)制器(4)、A環(huán)形共振器(5)、B環(huán)形共振器(6)、三角棱鏡(7)、氟化物楔形腔(8)、A探測器(9)、A鎖相放大器(10)、PI電路(11)、加法器(12)、高壓放大器(13)、C信號發(fā)生器(14)、A信號發(fā)生器(15)、B探測器(16)、B信號發(fā)生器(17)、B鎖相放大器(18)、隔離器(19) ;A信號發(fā)生器(15)、B信號發(fā)生器(17)、C信號發(fā)生器(14)的結(jié)構(gòu)相同；A相位調(diào)制器(3)、B相位調(diào)制器(4)結(jié)構(gòu)相同；A探測器(9)、B探測器(16)結(jié)構(gòu)相同；氟化物楔形腔(8)是指用精度為0.9999以上的氟化物晶體制作而成的、且周緣為楔形設(shè)計的圓盤； 其中，A相位調(diào)制器(3)和B相位調(diào)制器(4)上下布置于硅基板的中心位置，A、B相位調(diào)制器(3、4)的右邊布置上下分布的A環(huán)形共振器(5)和B環(huán)形共振器(6) ;A、B相位調(diào)制器(3、4)的左邊由左至右依次布置激光器(I)、隔離器(19)和分束器(2)，A、B環(huán)形共振器(5,6)的右邊由左至右依次布置三角棱鏡(7)和氟化物楔形腔(8) ;A相位調(diào)制器(3)的上方布置B信號發(fā)生器(17)，B信號發(fā)生器(17)上方布置B鎖相放大器(18) ;B相位調(diào)制器(4)的下方布置A信號發(fā)生器(15)，A信號發(fā)生器(15)下方布置A鎖相放大器(10);隔離器(19)下方布置高壓放大器(13)，高壓放大器(13)下方布置加法器(12)，加法器(12)下方布置PI電路(11);分束器(2)下方布置C信號發(fā)生器(14) ;A環(huán)形共振器(5)上方布置B探測器(16 )，B環(huán)形共振器(6 )下方布置A探測器(9 ); 激光器(I)與隔離器(19)連接，隔離器(19)與分束器(2)連接，分束器(2)分別與A相位調(diào)制器(3)和B相位調(diào)制器(4)連接，A相位調(diào)制器(3)與A環(huán)形共振器(5)連接，B相位調(diào)制器(4 )與B環(huán)形共振器(6 )連接，A環(huán)形共振器(5 )的光輸出端經(jīng)準直器垂直對準三角棱鏡(7)的一個側(cè)面，B環(huán)形共振器(6)的光輸出端經(jīng)準直器垂直對準三角棱鏡(7)的另一個側(cè)面，三角棱鏡(7)的底面與氟化物楔形腔(8)通過倐逝場耦合；激光器(I)與高壓放大器(13)連接，高壓放大器(13)與加法器(12)連接，加法器(12)通過開關(guān)(20)與C信號發(fā)生器(14)連接，加法器(12 )還與PI電路(11)連接，PI電路(11)與A鎖相放大器(10 )連接，A鎖相放大器(10)分別與A信號發(fā)生器(15)和A探測器(9)連接，A信號發(fā)生器(15)與A相位調(diào)制器(3)連接，A探測器(9)與B環(huán)形共振器(6)連接；B鎖相放大器(18)分別與B信號發(fā)生器(17)和B探測器(16)連接，B信號發(fā)生器(17)與B相位調(diào)制器(4)連接，B探測器(16)與A環(huán)形共振器(5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高K氟化物諧振腔的諧振式光學(xué)陀螺，其特征在于:激光器(I)是具有保偏光纖、譜線很窄的穩(wěn)定的單頻固態(tài)激光器;A相位調(diào)制器(3)和B相位調(diào)制器(4)都是低振幅調(diào)制的相位調(diào)制器；PI電路(11)是具有很好的反饋的控制電路；三角棱鏡(7)是等腰直角三角棱鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于高K氟化物諧振腔的諧振式光學(xué)陀螺，其特征在于:氟化物楔形腔(8)的楔形角度Θ為20°。
【文檔編號】G01C19/66GK104075703SQ201410351123
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】薛晨陽, 張文棟, 劉耀英, 劉俊, 閆樹斌, 唐軍, 安盼龍, 張志東, 鄭華 申請人:中北大學(xué)