【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于测量转速的光学陀螺仪组件。
技术介绍
1、有基于萨格纳克效应的光学陀螺仪。在此，有基于光纤和基于环形激光器的、商业上可供使用的解决方案。基于光纤的陀螺仪的基础在于：将光在两个相反的方向上连续地发送到玻璃纤维中。由于萨格纳克效应，在系统旋转时，两个光路的有效经过的长度发生变化。由此，光的相位移动。在穿过玻璃纤维之后，两个光路再次相遇并且发生光波的叠加。在此，发生相长干涉和相消干涉并且产生一种光波，该光波的强度与转速成正比地发生变化并且被测量，参见：caterina ciminelli、francesco dell’olio、carlo e.campanella和mario n.armenise所著的《(photonic technologies for angular velocity sensing》(载于《adv.opt.photon.》，第2卷，第370-404页，2010年)
2、在环形激光陀螺仪中，将光在两个相反的方向上发送到环形谐振器中。环形谐振器是闭合的圆形结构，光能够在所述结构中循环。这里，在系统旋转时，有效路径长度也由于萨格纳克效应而发生变化，并且因此光的频率也发生变化。由于在环形谐振器中确定的频率被放大并且其他频率被衰减，因此在旋转时强度发生变化。这能够被测量并且与转速成正比，参见：ciminelli等人(同上)；m.faucheux、d.fayoux和j.j.roland所著的《thering laser gyro》(载于《iop publishing》，第9卷第3期，199
3、对于这些基于光纤和基于环形激光器的陀螺仪，在商业上仅存在大型的、体积大的解决方案。芯片集成的解决方案需要非常高品质的制造，以便实现与所述大型的解决方案一样高的灵敏度。为了实现更高的灵敏度，存在使用纠缠光子的可能性，参见：azizkolkiran和g.s.agarwal所著的《heisenberg limited sagnac interferometry》(载于《opt.express》，第15卷，第6798-6808页，2007年)。
4、对于基于光纤的陀螺仪，存在利用这种量子放大的首次尝试，参见：matthiasfink、fabian steinlechner、johannes handsteiner、jonathan p.dowling、thomasscheidl、rupert ursin所著的《entanglement-enhanced optical gyroscope》(载于《ioppublishing》，第21卷第5期，2019年)。在此，将两个彼此纠缠的光子在相反的方向上发送到玻璃纤维中。这些光子借助诸如ppktp晶体的晶体产生或者通过四波混频在长波导中产生。由于萨格纳克效应，两个光子的有效路径长度发生变化。随后，光子在分束器处发生干涉，该分束器具有两个输出端和两个输入端，并且发生洪-欧-曼德尔效应。在这种干涉中，两个无法区分的光子总是离开一个分束器的相同的输出端。在该分束器的输出端处，分别利用探测器来测量照射的光子数量。如果在系统上不施加转速，则仅在一个探测器上测量两个光子。然而，如果施加转速，则存在仅一个探测器测量这些光子或每个探测器分别测量一个光子的概率。这种概率取决于所施加的转速。
5、具有量子放大的方法已经利用大型光学器件以实验方式进行了展示并且在理论上针对芯片集成的解决方案进行了处理，参见：fink等人(同上)；de leonardis，f.、soref，r.、de carlo，m.、passaro，v.m.n.等人所著的《on-chip group-iv heisenberg-limitedsagnac interferometric gyroscope at room temperature》(载于《sensors》，第20卷，第3476页，2020年，网址：https://doi.org/10.3390/s20123476)。然而，它们都具有这种缺点：需要单光子源和单光子探测器。这些单光子构件的尺寸被确定成非常大的(fink等人)或者能够以芯片集成的方式当前仅在确定的温度下被可靠的使用(de leonardis等人)。
技术实现思路
1、根据本专利技术，提出一种用于测量转速的光学陀螺仪组件。有利的构型是以下说明书的主题。
2、当前的光学陀螺仪是非常大的以实现良好的灵敏性，或者在芯片集成的应用中不够灵敏。通过本专利技术，实现了光学的芯片集成的陀螺仪，该陀螺仪能够测量转速并且具有高的灵敏度。优点是，这可以在紧凑的传感器系统中实现，该传感器系统能够芯片集成地实现。为此利用洪-欧-曼德尔效应，而无需使用昂贵的单光子源。为了产生量子态，在迄今的陀螺仪应用中使用了高开销且大的晶体，或者，利用在长路程中的四波混频。替代地，在本专利技术中，用光泵浦环形谐振器，从而产生压缩的量子态。这具有这种优点：该陀螺仪能够紧凑地实现并且能够在宽的温度范围内运行。
3、量子态能够在基于环形谐振器的紧凑的、芯片集成的解决方案中产生。在此，泵浦光被发送到环形谐振器中。在这个环形谐振器中出现强度的大幅增加，从而发生自发四波混频或也发生受激四波混频。在此，产生两个压缩的多光子量子态，参见：lu，x.、li，q.、westly，d.a.等人所著的《chip-integrated visible–telecom entangled photon pairsource for quantumcommunication》(载于《nat.phys.》第15卷，第373–381页，2019年，网址：https://doi.org/10.1038/s41567-018-0394-3)。
4、现在，在本专利技术的范畴内，尤其是实现了直接在光学芯片上的环形谐振器，该环形谐振器用激光被泵浦并且在集成传感器应用中用作陀螺仪。由此，在芯片上和环形谐振器中产生直接压缩的多光子量子态。这由于环形谐振器中的克尔效应而可能，从而发生四波混频。此外，使用芯片集成的光学器件，诸如多模干涉仪、波导和光栅耦合器。激光源能够是芯片集成的，或者，激光束能够在芯片之外产生并且经由光栅耦合器或在侧向上被耦合输入到这个芯片中。在这两种情况下，光都能够从耦合输入点经由锥形部被引导至光导体，以便使损耗最小化。
5、具体地，提出了一种用于测量转速的光学陀螺仪组件，其具有第一光导体和第一多模干涉仪，该第一多模干涉仪具有与第一光导体连接的一个输入端和分别与第二光导体连接的两个输出端。第一多模干涉仪尤其用于将激光分成两个部分，所述两个部分尤其具有相同的强度。
6、陀螺仪组件还分别具有：在第二光导体中的每个第二光导体上的环形谐振器，和具有两个输入端和两个输出端的第二多模干涉仪，所述两个输入端中的每个输入端与第二光导体之一连接，所述两个输出端中的每个输出端与第三光导体连接。第二多模干涉仪尤其用于借助洪-欧-曼德尔效应的、来自环形谐振器的量子态合并和纠缠。第三光导体用作本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于测量转速的光学陀螺仪组件(100；200；300)，具有：
2.根据权利要求1所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，具有光学耦合输入元件(110)，所述光学耦合输入元件用于将激光(10)耦合输入到所述第一多模干涉仪(130)的输入端中或第一光导体(120)中，所述第一光导体与所述第一多模干涉仪(130)的输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，具有用于将来自所述第四光导体(181，182)中的每个第四光导体的光耦合输出的、各一个光学耦合输出元件(190)。
4.根据权利要求2或3所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，其中，所述耦合输入元件(110)和/或所述各一个耦合输出元件(190)是光栅耦合器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，具有激光光源(1)，所述激光光源布置在所述第一多模干涉仪(130)上游。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，具有两个光电探测器(2，
7.根据权利要求6所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，具有计数电路，所述计数电路用于对由所述两个光电探测器(2，3)探测到的光子进行计数。
8.根据前述权利要求中任一项所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，其中，所述两个第三光导体(161，162；261，262)中的至少一个第三光导体螺旋形地延伸。
9.根据前述权利要求中任一项所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，其中，所述两个第三光导体(161，162；261，262)至少部分平行地延伸，优选在其长度的至少50％上。
10.根据前述权利要求中任一项所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，其中，所述两个第三光导体(161，162；261，262)重叠或不重叠。
11.根据前述权利要求中任一项所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，其中，所述两个第三光导体(161，162；261，262)比所述两个第二光导体(140)和/或所述第一光导体(120)161，162；261，262)更长。
12.根据前述权利要求中任一项所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，具有在所述第三光导体(161，162；261，262)上游和/或下游的至少一个移相器(160)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，其中，同一个环形谐振器(340)布置在所述第二光导体中的每个第二光导体上，或者其中，在所述第二光导体中的每个第二光导体上分别布置不同的环形谐振器(140)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，所述光学陀螺仪组件构造为片上系统。
...【技术特征摘要】
1.一种用于测量转速的光学陀螺仪组件(100；200；300)，具有：
2.根据权利要求1所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，具有光学耦合输入元件(110)，所述光学耦合输入元件用于将激光(10)耦合输入到所述第一多模干涉仪(130)的输入端中或第一光导体(120)中，所述第一光导体与所述第一多模干涉仪(130)的输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，具有用于将来自所述第四光导体(181，182)中的每个第四光导体的光耦合输出的、各一个光学耦合输出元件(190)。
4.根据权利要求2或3所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，其中，所述耦合输入元件(110)和/或所述各一个耦合输出元件(190)是光栅耦合器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，具有激光光源(1)，所述激光光源布置在所述第一多模干涉仪(130)上游。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，具有两个光电探测器(2，3)，所述两个光电探测器中的每个光电探测器布置在所述第四光导体(181，182)之一下游。
7.根据权利要求6所述的光学陀螺仪组件(100；200；300)，具有计数电路，所述计数电路用于对由所述两个光电探测器(2，3)探测到的光子进行计数。
8.根据前述权利要求中任一项所述的光学陀...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·特里奇勒，T·奥姆斯，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：
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