[发明专利]一种基于临界耦合环形腔的被动式激光陀螺仪

说明书

本发明公开了一种基于临界耦合环形腔的被动式激光陀螺仪，其特征在于，包括激光系统、临界耦合环形腔以及信号采集系统，其中，激光系统用于向临界耦合环形腔注入第一激光和第二激光；临界耦合环形腔用于接收第一激光和第二激光并使与临界耦合环形腔共振的载波完全进入腔内、且使边带反射于腔外；信号采集系统用于采集经由临界耦合环形腔的第一激光和第二激光。与临界耦合环形腔共振的载波不会被环形腔反射，而不共振的边带则会被反射，所以共振激光不会在环形腔的反射端与边带发生干涉，从而不受RAM效应的影响。

技术领域

本发明属于激光陀螺仪领域，更具体地，涉及一种基于临界耦合环形腔的被动式激光陀螺仪。

背景技术

激光陀螺仪具有优良的转动速率测量性能，被广泛应用与惯性导航、地球物理和基础物理研究等领域。激光陀螺仪是一种基于萨格纳克效应(Sagnac Effect)的旋转传感器。萨格纳克(Sagnac)效应是，令两束同源光在环形光学腔内分别沿顺时针和逆时针方向传播，若此环形腔在其光学平面内存在转动，则其顺时针方向和逆时针方向的传播光程会存在细小的差别，而这种细小的光程差会导致环形腔内正反两束光的共振频率略有差别，这个频率差称为萨格纳克频率(Sagnac Frequency)，萨格纳克频率f_s满足：其中f_s为萨格纳克频率，Ω为环形腔所在光学平面的旋转角速度，λ为激光的波长，A为环形腔的环绕面积，P为环形腔的环绕周长。只要测量出萨格纳克频率，就可以计算出激光陀螺仪所在参考系目前的旋转角速度。

被动式激光陀螺仪光学腔内部没有增益介质，需要以外部注入的方式，将两束激光分别锁定到顺时针和逆时针方向的共振模式上，此时二者的频率差就包含了萨格纳克频率。为了将外部激光锁定到环形腔的谐振峰上，被动式激光陀螺仪一般采用Pound-Drever-Hall(PDH)锁频技术。理想情况下，根据PDH锁频技术，激光经电光调制器(EOM)相位调制后会产生一个载波和两个相位相反、幅度相等的边带，三种成分的激光被环形腔反射后进入光电探测器，得到反射信号。再使用本地信号将反射信号解调，即可得到激光频率锁定需要的误差信号。而在实际情况中，由于相位调制的不完美，两个边带的相位不完全相反、幅度不完全相等，导致调制信号中会混入幅度调制信号，即剩余幅度调制(RAM)。这种幅度调制信号与锁频过程中的误差信号不可区分，因此最终解调得到的误差信号中通常存在一个变化的电压偏置V_RAM，根据误差信号确定的环形腔内激光锁定频率产生偏移，从而影响萨格纳克频率测量的稳定性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于临界耦合环形腔的被动式激光陀螺仪，其目的在于提高萨格纳克频率测量的稳定性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于临界耦合环形腔的被动式激光陀螺仪，其包括激光系统(100)、临界耦合环形腔(200)以及信号采集系统(300)，其中，

所述激光系统(100)用于向所述临界耦合环形腔(200)注入第一激光和第二激光；

所述临界耦合环形腔(200)用于接收所述第一激光和所述第二激光并使与所述临界耦合环形腔(200)共振的载波完全进入腔内、且使边带反射于腔外；

所述信号采集系统(300)用于采集经由所述临界耦合环形腔(200)的所述第一激光和所述第二激光。

优选地，所述临界耦合环形腔包括输入镜(201)、第一反射镜(202)、第二反射镜(203)和输出镜(204)，所述第一激光和所述第二激光的边带被所述输入镜(201)反射于腔外，所述第一激光和所述第二激光的与所述临界耦合环形腔(200)共振的载波穿透所述输入镜(201)进入所述临界耦合环形腔(200)并分别经所述第一反射镜(202)和所述第二反射镜(203)反射至所述输出镜(204)后穿透所述输出镜(204)进入所述信号采集系统(300)。