[发明专利]一种原子气色散的陀螺谐振腔结构

说明书

本发明一种原子气色散的陀螺谐振腔结构，是由光源、三镜腔和色散单元组成；色散单元置于三镜腔中，光源的光分别入射到三镜腔和色散单元中；光源是由两台激光器和声光移频器组成，一台激光器提供信号光源，一台激光器提供泵浦光源；三镜腔由两个高反射率的镜片、一个部分反射的镜片和PZT压电陶瓷组成，两个高反射率的镜片和一个部分反射的镜片组成一个三镜谐振腔，PZT压电陶瓷与一个高反射率镜片连接用于调节三镜腔的腔长；色散单元由原子气、磁屏蔽、玻璃泡和温度控制模块组成，原子气被封装在玻璃泡中，磁屏蔽包裹在玻璃泡外面，温度控制模块用于玻璃泡原子气体的加热。本发明解决了谐振式光学陀螺灵敏度不高的问题。

技术领域

本发明涉及高灵敏度谐振式光学陀螺谐振腔结构，具体为一种原子气色散的陀螺谐振腔结构，属于谐振式光学陀螺技术领域。

背景技术

陀螺仪作为一种精确确定运动物体方位和角速度的传感器是实现被控对象姿态控制和惯性导航的关键器件，也是在现代航空、航天、航海和国防工业中广泛应用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业与国防等高端技术发展具有十分重要的战略意义。按照测量角速度的原理不同，陀螺仪可分为机械陀螺、光学陀螺和原子陀螺。按陀螺的灵敏度和精度又可分为导航级、战术级和速率级陀螺。一般而言，不同精度的陀螺有不同的应用领域，低精度及中低精度陀螺可应用于车辆自动驾驶、天线稳定、机器人控制、钻井、短程导弹等领域；中等精度陀螺可应用于战术导弹、无人驾驶飞机、坦克瞄准等；中高精度陀螺可应用于航空姿态控制、卫星定位及姿态控制、中远程导弹等；高精度及惯导级陀螺可应用于精确航天航空航海导航、水下潜艇、精确瞄准及指北等。

陀螺仪是测量角速度的惯性传感器，被誉为飞行控制的“大脑”，在兼顾高精度的同时小型可集成化的需求越来迫切，陀螺的高精度和小型化是发展的两大趋势，但同时由于Sagnac效应又是相互制约的因素，所以寻求如何使小型化光学陀螺同时具有高精度一直是陀螺领域的关键瓶颈问题。

发明内容

1、目的：本发明的目的在于针对谐振式光学陀螺灵敏度不高的问题，提供了一种原子气色散的陀螺谐振腔结构。

2、技术方案：

谐振式光学陀螺一般由激光光源、环形谐振腔、耦合器、光电探测器和光电调制解调系统等组成，激光光源入射顺时针和逆时针两束光由耦合器进入谐振腔中谐振，当谐振腔转动时通过光电探测器和光电解调信号检测两束光的频率差，从而测量陀螺的转动角速度。

本发明为一种原子气色散的陀螺谐振腔结构，它是由光源、三镜腔和色散单元组成(如图1)；它们之间的关系是色散单元置于三镜腔中，光源的光分别入射到三镜腔和色散单元中。

所述光源是由两台激光器和声光移频器组成；其中，一台激光器提供信号光源，一台激光器提供泵浦光源；提供信号光源的激光器，由一分束器分光后，一束光进入声光移频器移频后由一导光镜和第一偏振分束器导入色散单元再由第二偏振分束器导出，另一束光进入三镜腔穿过第一偏振分束器射入色散单元后穿过第二偏振分束器在三镜腔中谐振。提供泵浦光源的激光器，由第一偏振分束器导入色散单元再由第二偏振分束器导出。

所述三镜腔由两个高反射率的镜片、一个部分反射的镜片和PZT压电陶瓷组成；它们之间的关系是两个高反射率的镜片和一个部分反射的镜片组成一个三镜谐振腔，PZT压电陶瓷与一个高反射率镜片连接用于调节三镜腔的腔长。通过PID控温将一个边长为1.5cm正方体铷原子气泡温度锁定在60摄氏度，然后放入腔长为30cm的三镜腔中，两个高反射率的镜片为凹面镜，一个部分反射的镜片为平面镜，平面镜的反射率为0.999，作为光波输出镜。

所述色散单元由原子气、磁屏蔽、玻璃泡和温度控制模块组成(如图2)；它们之间的关系是原子气被封装在玻璃泡中，磁屏蔽包裹在玻璃泡外面，温度控制模块用于玻璃泡原子气体的加热。

其中，所述的原子气为碱金属气体。