[发明专利]一种基于微腔结构检测灵敏度可调的光学陀螺仪及角速度的测量方法

说明书

本发明公开了一种基于微腔结构检测灵敏度可调的光学陀螺仪及角速度的测量方法，所述光学陀螺仪包括直波导、微环谐振腔、旋转平台、空间周期性微电极、耦合区、可调电压源；直波导与微环谐振腔处于耦合状态，形成耦合区；旋转平台用于带动微环谐振腔旋转；入射光经由直波导通过耦合区进入微环谐振腔；空间周期性微电极设置在微环谐振腔的非耦合圆弧区域，作用于微环谐振腔，施加周期分布电场对电极对应区域产生调制，形成周期性的折射率分布，产生一个调制深度可控的等效布拉格光栅；可调电压源用于调节空间周期性微电极的电压，调节电极对应区域折射率。本发明可以通过测量该陀螺仪透射光谱的谐振劈裂峰透射率差值实现角速度的测量。

技术领域

本发明涉及光学陀螺仪技术领域，具体涉及一种基于微腔结构检测灵敏度可调的光学陀螺仪及角速度的测量方法。

背景技术

谐振式光学陀螺仪主要通过检测旋转引起的腔内顺时针模式和逆时针模式的谐振频率差来测量角速度，其关键在于敏感单元的设计，主要包括回音壁模式谐振腔，光波导环形谐振腔等。该类型陀螺仪具有精度高、重量轻、小型化等优点，在航空、航天、自动驾驶等领域具有广泛应用。

目前基于回音壁模式谐振腔的光学陀螺仪主要通过双向输入光场，测量谐振频率漂移量实现角速度测量，敏感单元设计包括：单环耦合单波导结构和多环光波导谐振腔结构。单环结构要求微环制作精细，以获得高品质因子，满足谐振条件且相向传输的两束入射光耦合进入微环形成逆时针模式和顺时针模式，旋转引起谐振峰劈裂时可计算出角速度；相对于相同面积的单环谐振腔，多环光波导谐振腔结构能提供更明显的谐振差来获得更高的灵敏度，但环与环之间的耦合需要精确设计和控制，耦合损耗更高。

目前现有谐振式光学陀螺仪检测灵敏度均为固定值，通过测量旋转后引起的谐振峰劈裂来计算出角速度，如果能够实现一种检测灵敏度可调且通过测量透射率计算出角速度的光学陀螺仪，根据实际情况灵活调节所需灵敏度，具有重要的理论和实践意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微腔结构检测灵敏度可调的光学陀螺仪及角速度的测量方法，其可以通过测量该陀螺仪透射光谱的谐振劈裂峰透射率差值实现角速度的测量。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种基于微腔结构检测灵敏度可调的光学陀螺仪。根据本发明的实施例，包括直波导、微环谐振腔、旋转平台、空间周期性微电极、耦合区、可调电压源；

所述直波导与微环谐振腔处于耦合状态，形成耦合区；

所述旋转平台与微环谐振腔相连接，旋转平台用于带动微环谐振腔旋转；

入射光耦合进入直波导，通过直波导表面倏逝场在耦合区被耦合进入微环谐振腔，当入射光满足谐振条件时，形成逆时针传输模式，透射光谱上体现为谐振波长处的单一透射峰。

所述空间周期性微电极设置在微环谐振腔的非耦合圆弧区域，作用于微环谐振腔，施加周期分布电场对电极对应区域产生调制，形成周期性的折射率分布，产生一个调制深度可控的等效布拉格光栅，所述等效光栅可引起反射；透射光谱谐振波长处单一透射峰产生模式劈裂的方法为：空间周期性微电极在微环谐振腔电极对应区域产生折射率调制，等效形成布拉格光栅，逆时针传输模式在折射率调制区域满足布拉格反射条件后将会产生反射，形成顺时针模式，顺时针模式和逆时针模式相互耦合，产生透射峰劈裂。

所述可调电压源用于调节空间周期性微电极的电压大小，调节电极对应区域折射率大小。

另外，根据本发明上述实施例的一种基于微腔结构检测灵敏度可调的光学陀螺仪，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述微环谐振腔的材料为近红外波段低损耗电光材料。

在本发明的一些实施例中，所述微环谐振腔的材料为铌酸锂。