基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺制造技术

本公开提供了一种基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺，包括：耦合器C1，用于将一激光束平分为第一、二激光束；第一、二部分反射单元，分别用于接收第一、二激光束；耦合器C4，用于接收第一及二方向激光束，其分别为第一激光束经第一部分反射单元、第二激光束经第二部分反射单元透射的光束；光学谐振腔，用于接收经耦合器C4输出的光束；耦合器C2、C3，分别用于接收耦合器C4输出的第二、一方向激光束；第一、二光电探测器，分别用于接收耦合器C2、C3输出的第二、一方向激光束，并分别转换为电信号；以及信号处理电路，用于进行求差运算处理，以确定光学陀螺的转动角速度。本公开简化了光学陀螺系统复杂度，提高了陀螺输出的线性度。

Resonant Optical Gyroscope Based on Farnot Resonance Effect

A resonant optical gyroscope based on Farnot resonance effect is provided, which includes a coupler C1 for dividing a laser beam into first and second laser beams; a first and second reflection units for receiving the first and second laser beams respectively; and a coupler C4 for receiving the first and second laser beams, respectively, through the first reflection unit and the second excitation unit of the first laser beam. The second part reflector transmits the beam; the optical resonator receives the beam output by the coupler C4; the coupler C2 and C3, respectively, receives the second and one-way laser beams from the coupler C4; the first and second photodetectors, respectively, receive the second and one-way laser beams from the coupler C2 and C3, and convert them into electrical signals and signals; The circuit is used for calculating the difference to determine the rotation angular velocity of the optical gyro. The present disclosure simplifies the complexity of the optical gyroscope system and improves the linearity of the gyroscope output.

【技术实现步骤摘要】
基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺
本公开涉及光学传感以及信号检测
，尤其涉及一种基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺。
技术介绍
目前，针对光学陀螺仪，主要的研究方向是如何减小器件的尺寸，降低制造成本，提高集成度。谐振式光学陀螺利用Sagnac效应来检测转动角速度，具有理论精度高，易于小型化，抗振动等优点。然而，传统的谐振式光学陀螺，通过检测顺逆时针光路的谐振频率差来探测转动角速度，其主要分为单路锁定和双闭环两种。通常需要用到相位调制器对入射光进行调制，还需要采用复杂的算法进行解调和反馈控制。因此，现有的谐振式光学陀螺往往存在系统复杂，制造成本高的缺陷。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本公开提供了一种基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺，简化了谐振式光学陀螺的系统复杂度，有利于小型化；所采用的器件少，有利于减小制造成本；利用法诺谐振的线性区域读取转动信号，有利于提高陀螺输出的线性度。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺，包括：耦合器C1，用于将一激光光束平分为第一激光光束及第二激光光束；第一部分反射单元，与所述耦合器C1连接，用于接收所述第一激光光束；第二部分反射单元，与所述耦合器C1连接，用于接收所述第二激光光束；耦合器C4，用于接收第一方向激光光束及第二方向激光光束；其中，所述第一方向激光光束为所述第一激光光束经第一部分反射单元透射的光束，所述第二方向激光光束为第二激光光束经第二部分反射单元透射的光束；光学谐振腔，设置于所述第一部分反射单元与所述第二部分反射单元之间，用于接收经耦合器C4输出的激光光束，形成谐振效应；耦合器C2，设置于所述第一部分反射单元与所述耦合器C4之间，用于接收从光学谐振腔传输至耦合器C4、经耦合器C4输出的第二方向激光光束；耦合器C3，设置于所述第二部分反射单元与所述耦合器C4之间，用于接收从光学谐振腔传输至耦合器C4、经耦合器C4输出的第一方向激光光束；第一光电探测器，与所述耦合器C2连接，用于接收所述耦合器C2输出的所述第二方向激光光束，并转换为第一电信号；第二光电探测器，与所述耦合器C3连接，用于接收所述耦合器C3输出的所述第一方向激光光束，并转换为第二电信号；以及信号处理电路，与所述第一光电探测器及第二光电探测器连接，用于接收所述第一电信号及第二电信号并进行求差运算处理，以确定光学陀螺的转动角速度。在一些实施例中，所述第一方向为顺时针方向，所述第二方向为逆时针方向。在一些实施例中，所述的光学谐振腔为反射式光学谐振腔。在一些实施例中，所述的光学谐振腔为光纤或者集成光学器件。在一些实施例中，所述的第一部分反射单元及第二部分反射单元的反射率小于1。在一些实施例中，所述的第一部分反射单元及第二部分反射单元包含光纤端面镀膜、波导横向偏移结构、布拉格光栅反射镜。在一些实施例中，所述耦合器C1、耦合器C2、耦合器C3均为3dB耦合器。在一些实施例中，所述激光器、耦合器C1、耦合器C2、第一部分反射单元、光学谐振腔、耦合器C3，耦合器C4及第二部分反射单元之间通过光纤或者光波导连接。在一些实施例中，在光学陀螺转动时，Sagnac效应使法诺谐振曲线发生的顺、逆时针偏移量分别为：±Δf＝4AΩ/nLλ；其中，A为谐振环闭合面积，Ω为转动角速度，L为谐振环长度，n为光路有效折射率，λ为真空中波长。在一些实施例中，所述法诺谐振曲线包括一线性响应区域，所述光学谐振腔设置于所述第一部分反射单元及第二部分反射单元之间，用于将激光器的初始频率调至该线性响应区域中心位置；若线性响应区域的斜率为kmW/Hz，第一和第二光电探测器的响应为qV/mW，则所述信号处理电路输出为8AΩkq/nLλV，由此获得转动角速度。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺至少具有以下有益效果其中之一：(1)本公开基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺简化了谐振式光学陀螺的系统复杂度，有利于小型化。(2)本公开基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺所用的器件少，有利于减小制造成本。(3)本公开基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺利用法诺谐振的线性区域读取转动信号，有利于提高陀螺输出的线性度。附图说明通过附图所示，本公开的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本公开的主旨。图1为依据本公开实施例基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺的结构示意图。图2为依据本公开实施例基于法诺谐振效应的频率响应曲线示意图。图3为依据本公开实施例Sagnac效应引起的频率响应曲线变化示意图。<符号说明>C1、C2、C3、C4均为耦合器；5为光学谐振腔；6为第一部分反射单元；7为第二部分反射单元。具体实施方式为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本公开的保护范围。本公开提供了一种基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺。图1为依据本公开实施例基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺的结构示意图。如图1所示，所述基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺，包括：激光器，为可调谐激光器，用于提供激光光束，该激光光束为窄线宽光束；耦合器C1，与所述激光器连接，用于将所述激光光束平均分成两束，第一激光光束及第二激光光束；第一部分反射单元6，与所述耦合器C1连接，用于接收所述第一激光光束；第二部分反射单元7，与所述耦合器C1连接，用于接收所述第二激光光束；耦合器C4，用于接收第一部分反射单元6及第二部分反射单元7传输的光信号，包括所述第一激光光束经所述第一部分反射单元6透射的光束(第一方向激光光束)及所述第二激光光束经所述第二部分反射单元7透射的光束(第二方向激光光束)；光学谐振腔5，设置于所述第一部分反射单元6与所述第二部分反射单元7之间，接收经耦合器C4输出的激光光束，形成谐振效应；耦合器C2，设置于所述第一部分反射单元6与所述耦合器C4之间，用于接收经光学谐振腔5及耦合器C4输出的所述第二方向激光光束；耦合器C3，设置于所述第二部分反射单元7与所述耦合器C4之间，用于接收经光学谐振腔5及耦合器C4输出的所述第一方向激光光束；第一光电探测器，与所述耦合器C2连接，用于接收所述耦合器C2输出的所述第二方向激光光束，并转换为第一电信号；第二光电探测器，与所述耦合器C3连接，用于接收所述耦合器C3输出的所述第一方向激光光束，并转换为第二电信号；信号处理电路，与所述第一光电探测器及第二光电探测器连接，用于接收第一光电探测器输出的第一电信号及第二光电探测器输出的第二电信号，并对二电信号做求差运算，从而确定光学陀螺的转动角速度。所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺，包括：耦合器C1，用于将一激光光束平分为第一激光光束及第二激光光束；第一部分反射单元，与所述耦合器C1连接，用于接收所述第一激光光束；第二部分反射单元，与所述耦合器C1连接，用于接收所述第二激光光束；耦合器C4，用于接收第一方向激光光束及第二方向激光光束；其中，所述第一方向激光光束为所述第一激光光束经第一部分反射单元透射的光束，所述第二方向激光光束为第二激光光束经第二部分反射单元透射的光束；光学谐振腔，设置于所述第一部分反射单元与所述第二部分反射单元之间，用于接收经耦合器C4输出的激光光束，形成谐振效应；耦合器C2，设置于所述第一部分反射单元与所述耦合器C4之间，用于接收从光学谐振腔传输至耦合器C4、经耦合器C4输出的所述第二方向激光光束；耦合器C3，设置于所述第二部分反射单元与所述耦合器C4之间，用于接收从光学谐振腔传输至耦合器C4、经耦合器C4输出的所述第一方向激光光束；第一光电探测器，与所述耦合器C2连接，用于接收所述耦合器C2输出的所述第二方向激光光束，并转换为第一电信号；第二光电探测器，与所述耦合器C3连接，用于接收所述耦合器C3输出的所述第一方向激光光束，并转换为第二电信号；以及信号处理电路，与所述第一光电探测器及第二光电探测器连接，用于接收所述第一电信号及第二电信号并进行求差运算处理，以确定光学陀螺的转动角速度。...

【技术特征摘要】
1.一种基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺，包括：耦合器C1，用于将一激光光束平分为第一激光光束及第二激光光束；第一部分反射单元，与所述耦合器C1连接，用于接收所述第一激光光束；第二部分反射单元，与所述耦合器C1连接，用于接收所述第二激光光束；耦合器C4，用于接收第一方向激光光束及第二方向激光光束；其中，所述第一方向激光光束为所述第一激光光束经第一部分反射单元透射的光束，所述第二方向激光光束为第二激光光束经第二部分反射单元透射的光束；光学谐振腔，设置于所述第一部分反射单元与所述第二部分反射单元之间，用于接收经耦合器C4输出的激光光束，形成谐振效应；耦合器C2，设置于所述第一部分反射单元与所述耦合器C4之间，用于接收从光学谐振腔传输至耦合器C4、经耦合器C4输出的所述第二方向激光光束；耦合器C3，设置于所述第二部分反射单元与所述耦合器C4之间，用于接收从光学谐振腔传输至耦合器C4、经耦合器C4输出的所述第一方向激光光束；第一光电探测器，与所述耦合器C2连接，用于接收所述耦合器C2输出的所述第二方向激光光束，并转换为第一电信号；第二光电探测器，与所述耦合器C3连接，用于接收所述耦合器C3输出的所述第一方向激光光束，并转换为第二电信号；以及信号处理电路，与所述第一光电探测器及第二光电探测器连接，用于接收所述第一电信号及第二电信号并进行求差运算处理，以确定光学陀螺的转动角速度。2.根据权利要求1所述的基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺，其中，所述第一方向为顺时针方向，所述第二方向为逆时针方向。3.根据权利要求1所述的基于法诺谐振效应的谐振式光学陀螺...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨富华，费瑶，何玉铭，李兆峰，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11