双谐振腔谐振式光学陀螺的制作方法

双谐振腔谐振式光学陀螺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及高灵敏度谐振式光学陀螺，具体为一种双谐振腔谐振式光学陀螺，包括隔离准直芯片可调谐光源Laser、第一耦合器C1、多功能集成光学调制器、第三耦合器C3、第二耦合器C2、第四耦合器C4、主谐振腔、第一光电探测器PD1、第一锁相放大器LIA1、第二光电探测器PD2、第二锁相放大器LIA2，反馈控制电路FBC，还包括其内中心位置设有欧姆结的环状的辅谐振腔、温控模块和第五耦合器C5，主谐振腔上在和输入口相对的位置还设有输出口，第五耦合器C5的输入端和主谐振腔的输出口接触，第五耦合器C5的输出端和辅谐振腔的输入口接触，温控模块通过MEMS工艺制作的导线和欧姆结连接，解决了谐振式光学陀螺灵敏度不高的问题。
【专利说明】双谐振腔谐振式光学陀螺
【技术领域】
[0001]本发明涉及高灵敏度谐振式光学陀螺，具体为一种双谐振腔谐振式光学陀螺。
【背景技术】
[0002]谐振式光学陀螺是继微机电陀螺、干涉式光纤陀螺、激光陀螺之后发展起来的一种微小体积、低功耗、高可靠性的新型角速度传感器，在国家深空探测、武器精确制导、北斗导航等重大计划和工程的带动下，高灵敏度、微小型化、高稳定性、抗高过载等特性成为未来陀螺惯性器件的发展趋势，而高灵敏度是谐振式光学陀螺的首要指标。近年来，谐振式光学陀螺的研究受到了国内外研究机构的广泛关注，也取得了一些研究成果，谐振式光学陀螺，包括隔离准直芯片可调谐光源Laser，隔离准直芯片可调谐光源Laser的输出端通过光波导和第一耦合器Cl的输入端连接，第一耦合器Cl的输出端通过光波导分别和多功能集成光学调制器中第一调制器PMl和第二调制器PM2的输入端连接，第一调制器PMl的输出端通过光波导和第三耦合器C3的输入端连接，第二调制器PM2的输出端通过光波导和第二率禹合器C2的输入端连接,第二稱合器C2、第三稱合器C3的输出端通过光波导分别和第四耦合器C4的输入端连接，第四耦合器C4的输出端和环状的主谐振腔的输入口接触，第二耦合器C2的另一输出端通过光波导和第一光电探测器PDl的输入端连接，第一光电探测器PDl的输出端和第一锁相放大器LIAl的输入端连接,第三I禹合器C3的另一输出端通过光波导和第二光电探测器TO2的输入端连接，第二光电探测器TO2的输出端和第二锁相放大器LIA2的输入端连接，第二锁相放大器LIA2的输出端和反馈控制电路FBC的输入端连接，反馈控制电路FBC的输出端和隔离准直芯片可调谐光源Laser的反馈输入端连接；工作时，隔离准直芯片可调谐光源Laser发出的光束经过第一耦合器Cl后进入多功能集成光学调制器中，光束被多功能集成光学调制器中的第一调制器PMl和第二调制器PM2分为两路功率相同、频差较小(可认为零)的调制光波，一路调制光波经第二耦合器C2、第四耦合器C4进入主谐振腔，形成逆时针方向传输的光波，另一路调制光波经第三耦合器C3、第四耦合器C4进入主谐振腔,形成顺时针方向传输的光波,逆时针方向传输的光波在主谐振腔内传输完后经过第三耦合器C3输入到第二光电探测器TO2，第二光电探测器PD2将光波信号转换为电信号输送到第二锁相放大器LIA2，电信号再由反馈控制电路FBC输入到隔离准直芯片可调谐光源Laser的反馈输入端，第二锁相放大器LIA2和反馈控制电路FBC对隔离准直芯片可调谐光源Laser进行调频，使隔离准直芯片可调谐光源Laser的频率锁定在主谐振腔的本征透射谱峰中心频率处；顺时针方向传输的光波在主谐振腔内传输完后经过第二耦合器C2、第一光电探测器F1Dl和第一锁相放大器LIAl输出得到顺时针方向传输的光波的频率电信号；当光学陀螺静止时，由光电探测器HH、PD2转换得到的两路光波的本征透射谱峰中心频率相同，当光学陀螺固定在被测物体上随着被测物体旋转时，由光电探测器ro1、ro2转换得到的两路光波的本征透射谱峰中心频率不同，两路光波出现谐振频差，根据Sagnac效应，谐振频差大小与旋转的被测物体角速度Ω成正比，通过分析输出光强与测量两路光波谐振频差之间的对应关系，即能检测提取出被测物体的旋转角速度Ω。但是传统的谐振式光学陀螺采用跟踪和锁定谐振腔的本征透射谱峰中心频率测量角速度，由于该本征透射谱峰较宽，其跟踪和锁定的精度不高，导致光学陀螺的输出信号灵敏度不高，灵敏度不高成为了制约谐振式光学陀螺发展的瓶颈。
【发明内容】

[0003]本发明为了解决谐振式光学陀螺灵敏度不高的问题，提供了一种双谐振腔谐振式光学陀螺。
[0004]本发明是采用如下的技术方案实现的:双谐振腔谐振式光学陀螺，包括隔离准直芯片可调谐光源Laser,隔离准直芯片可调谐光源Laser的输出端通过光波导和第一I禹合器Cl的输入端连接，第一耦合器Cl的输出端通过光波导分别和多功能集成光学调制器中第一调制器PMl和第二调制器PM2的输入端连接，第一调制器PMl的输出端通过光波导和第三稱合器C3的输入端连接,第二调制器PM2的输出端通过光波导和第二稱合器C2的输入端连接，第二耦合器C2、第三耦合器C3的输出端通过光波导分别和第四耦合器C4的输入端连接，第四耦合器C4的输出端和环状的主谐振腔的输入口接触，第二耦合器C2的另一输出端通过光波导和第一光电探测器roi的输入端连接，第一光电探测器roi的输出端和第一锁相放大器LIAl的输入端连接,第三稱合器C3的另一输出端通过光波导和第二光电探测器PD2的输入端连接，第二光电探测器PD2的输出端和第二锁相放大器LIA2的输入端连接，第二锁相放大器LIA2的输出端和反馈控制电路FBC的输入端连接，反馈控制电路FBC的输出端和隔离准直芯片可调谐光源Laser的反馈输入端连接，还包括其内中心位置设有欧姆结的环状的辅谐振腔、温控模块和第五耦合器C5，主谐振腔上在和输入口相对的位置还设有输出口，第五I禹合器C5的输入端和主谐振腔的输出口接触，第五I禹合器C5的输出端和辅谐振腔的输入口接触，温控模块通过MEMS工艺制作的导线和欧姆结连接。
[0005]在主谐振腔内顺、逆时针传输的光波经第五耦合器C5进入辅谐振腔，在辅谐振腔内按逆、顺时针方向传输，然后进入主谐振腔，在主谐振腔内完成传输后由第二耦合器C2、第三耦合器C3分别传输到第一光电探测器PDl和第二光电探测器TO2 ;采用主、辅谐振腔双环耦合的微腔结构，增大了光程，使得Sagnac效应更加显著，同时更重要的是，当光学陀螺固定在被测物体上随着被测物体旋转时，在谐振腔内相向传输的两路光的光程不同，使得光子交换在谐振腔本征透射谱峰中心频率失谐位置出现拉比分裂的现象，产生谐振耦合诱导效应，该效应可以在谐振腔本征透射谱峰中心频率失谐位置产生一个更窄的诱导透射谱峰(如图2所示)，光学陀螺可以跟踪和锁定诱导透射谱峰的中心频率测量角速度，由公式
【权利要求】
1.双谐振腔谐振式光学陀螺，包括隔离准直芯片可调谐光源Laser，隔离准直芯片可调谐光源Laser的输出端通过光波导和第一稱合器Cl的输入端连接,第一稱合器Cl的输出端通过光波导分别和多功能集成光学调制器中第一调制器PMl和第二调制器PM2的输入端连接，第一调制器PMl的输出端通过光波导和第三耦合器C3的输入端连接，第二调制器PM2的输出端通过光波导和第二稱合器C2的输入端连接,第二稱合器C2、第三稱合器C3的输出端通过光波导分别和第四耦合器C4的输入端连接，第四耦合器C4的输出端和环状的主谐振腔的输入口接触，第二耦合器C2的另一输出端通过光波导和第一光电探测器roi的输入端连接，第一光电探测器F1Dl的输出端和第一锁相放大器LIAl的输入端连接,第三耦合器C3的另一输出端通过光波导和第二光电探测器TO2的输入端连接，第二光电探测器FO2的输出端和第二锁相放大器LIA2的输入端连接,第二锁相放大器LIA2的输出端和反馈控制电路FBC的输入端连接，反馈控制电路FBC的输出端和隔离准直芯片可调谐光源Laser的反馈输入端连接，其特征在于还包括其内中心位置设有欧姆结的环状的辅谐振腔、温控模块和第五稱合器C5,主谐振腔上在和输入口相对的位置还设有输出口，第五稱合器C5的输入端和主谐振腔的输出口接触，第五耦合器C5的输出端和辅谐振腔的输入口接触，温控模块通过MEMS工艺制作的导线和欧姆结连接。
2.根据权利要求1所述的双谐振腔谐振式光学陀螺，其特征在于所述欧姆结的形状为圆形。
【文档编号】G01C19/64GK103499344SQ201310306600
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年7月22日 优先权日:2013年7月22日
【发明者】闫树斌, 郑永秋, 薛晨阳, 任勇峰, 李圣昆, 张文栋, 刘俊, 焦新泉, 安盼龙, 张蔚云, 张建辉, 李小枫 申请人:中北大学