一种基于单腔PT对称结构的高灵敏度光学陀螺仪及其设计方法技术

本发明专利技术属于光学陀螺领域，具体涉及一种基于单腔PT对称结构的高灵敏度光学陀螺仪及其设计方法。由激光器、环形腔、S型波导、耦合器、光电探测器构成。在环形腔内部耦合了一个有源S型波导和一个无源S型波导，通过调节有源/无源波导内的增益/损耗值和耦合器的耦合系数，可将系统调节至奇异点(EP)附近，处于EP的陀螺仪系统可对转速展现出极高的敏感性。环形腔工作在激光阈值以下，使用功率检测技术来测量陀螺仪的灵敏度，通过该技术可以精确测量陀螺仪的信噪比。此外，通过在同一光学谐振器中耦合两个反向传播模式，取代传统方案中双谐振器耦合两个耦合模式，不仅可将面积减少3/4，而且可以抑制一般PT对称陀螺仪因两个谐振腔受到不同扰动源影响而引起的非互异性误差。同扰动源影响而引起的非互异性误差。同扰动源影响而引起的非互异性误差。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单腔PT对称结构的高灵敏度光学陀螺仪及其设计方法


[0001]本专利技术属于光学陀螺领域，具体涉及一种基于单腔PT对称结构的高灵敏度光学陀螺仪及其设计方法。

技术介绍

[0002]基于Sagnac效应的光学陀螺仪是惯性导航系统的核心，广泛应用于商业和军事领域。在智能设备、微型无人机和微型卫星的推动下，高精度、小型化和集成陀螺仪受到了广泛关注。自用于通信的集成光学器件问世以来，带有小型环形谐振器或甚至芯片谐振器的谐振式微光学陀螺仪(RMOG)已被确定为首选解决方案。目前，RMOG已成为新一代光学陀螺仪的理想候选者，因为其精度与环型腔长度无关。但是，传统的RMOG对光学噪声敏感并且Sagnac效应产生的频移与旋转速度成线性比例，这使得精度不能达到预期效果。
[0003]非厄米系统中基于宇称时间(PT)对称性的奇异点(EP)在提高对外部扰动的敏感性方面表现出显著的潜力。在EP点，两个或多个本征值和其对应的本征态合并同时发生简并。在各种非厄米阶平台上，理论和实验证明了EP附近的经典和量子系统中的优异物理性能，特别是对微小扰动的本征频率分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单腔PT对称结构的高灵敏度光学陀螺仪的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：步骤1：构造PT对称系统；步骤2：将步骤1的系统调节至EP点，得到系统的动力学方程；步骤3：基于步骤2的动力学方程求解系统的特征频率；步骤4：基于步骤3的系统的特征频率，找到PT对称单环形谐振器的功率传输谱；步骤5：基于步骤4的功率传输谱对EP传感器的性能进行评价。2.根据权利要求1所述一种基于单腔PT对称结构的高灵敏度光学陀螺仪，其特征在于，所述步骤1具体为，通过在环形腔(2)中用S型有源波导Sa通过耦合器C1和耦合器C3与环形腔相连，S型无源波导S
b
通过耦合器C2和耦合器C4与环形腔(2)相连来构造PT对称系统。3.根据权利要求2所述一种基于单腔PT对称结构的高灵敏度光学陀螺仪，其特征在于，所述步骤2具体为，基于构造的PT对称系统通过调节S型有源波导S
a
增益值和耦合器C1、耦合器C2、耦合器C3、耦合器C4的耦合系数将系统调节至EP点；或基于构造的PT对称系统通过调节S型无源波导S
b
损耗值和耦合器C1、耦合器C2、耦合器C3、耦合器C4的耦合系数将系统调节至EP点；通过耦合模理论可以求出系统的动力学方程：da
ccw
/dt＝(
‑
iω0‑
γ2)a
ccw
‑
iκ2a
cw
,(2)其中γ2＝(l+γ
c
+u1+u3‑
g)/2，γ2＝(l+γ
c
+u1+u3‑
g)/2，ω0是谐振频率，l是环形腔的固有损耗，γ
c
是环形腔与耦合器C0的耦合系数，μ1是耦合器C1的耦合系数，μ2是耦合器C2的耦合系，μ3是耦合器C3的耦合系数,μ4是耦合器C4的耦合系数，g是有源S形波导的等效增益，κ1和κ2是两个顺逆时针模态a
cw
和a
ccw
间的相互耦合系数。4.根据权利要求3所述一种基于单腔PT对称结构的高灵敏度光学陀螺仪，其特征在于，所述步骤3具体为，系统的特征频率为，系统的特征频率为，其中γ
d
＝(γ1+γ2)/2,κ1＝κ2＝κ,κ
EP
＝(γ1‑
γ2)/2，当谐振器以Ω转速发生转动时，CW和CCW模式经历相反的Sagnac频移，Δω
s
＝ωRΩ/cn
eff
，其中R是环的半径，n
eff

【专利技术属性】
技术研发人员：杨柳，李羚宇，张勇刚，王颖，耿靖童，聂纯，刘强，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：