基于外腔回馈的激光陀螺偏频方法技术

技术编号:8561534 阅读:184 留言:0更新日期:2013-04-11 02:40
本发明专利技术涉及基于外腔回馈的激光陀螺偏频方法。具体为在激光陀螺腔外建立一个回馈外腔将顺时针光束再次反射进激光谐振腔,在外腔光路中放置非互易光学装置,使顺时针和逆时针光波的回馈光波产生相位差,从而在激光陀螺的顺时针和逆时针光波间建立频率偏置。在回馈外腔光路中放置程长调制器件,对外腔光程进行调制,从而调制激光陀螺的频率偏置,得到与机械抖动类似的效果。采用滤波技术在激光陀螺读出装置中将调制信号滤除,就得到了激光陀螺测量的角速度信号。这种方法不会产生机械噪声,而且可以采用非常高的调制频率,从而增大激光陀螺的响应速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光陀螺,尤其是涉及到一种使激光陀螺产生偏频的方法。
技术介绍
激光陀螺具有动态范围大、无加速度效应、结构简单等优越性,是惯性系统尤其是 捷联惯性系统的理想元件,已经大量应用于军事和民用领域。激光陀螺的原理是萨格纳克 (Sagnac)效应,在它的光学谐振腔内至少运行一对相向传播的光波。当它绕敏感轴相对于 惯性空间转动时,相向行波的频率产生分裂,形成正比于转动速率的拍频,因而通过测量拍 频即可获得激光陀螺相对于惯性空间的转动信息。由于谐振腔内相向行波间的能量耦合,激光陀螺存在闭锁效应,导致它无法测量 较低的转速。最常见的克服闭锁的方法是机械抖动偏频,该方法用一个机械抖动机构使激 光陀螺不停地以小幅度高频率抖动,使激光陀螺不断地快速经过锁区,减小闭锁对测量的 影响。但机械抖动容易对惯性系统中的其它仪表产生干扰,产生机械噪音,影响系统精度, 增加了系统设计的难度。从原理上讲,电磁或光学偏频方法不存在机械抖动偏频的缺点。光学偏频方法有 磁镜偏频、磁光塞曼偏频、磁光法拉第旋光偏频、多模自偏频等。磁镜是在镜子上镀制一层 具有磁光效应的薄膜,其显著缺点是这种磁光薄膜损耗较大、而且存在一定的非互易损耗。 磁光塞曼偏频利用增益介质的塞曼效应,用这种方法制成的激光陀螺能够达到一定的精 度,但距一般的导航级应用还有一定的差距,而且磁敏感性非常大。法拉第旋光偏频对磁场 和温度非常敏感,为此需要采用四频差动技术,尽管如此,由于这种激光陀螺需要在腔内放 置法拉第室,不仅增大了腔损耗,而且对镀膜、调腔都提出了过于苛刻的要求。更详细的信 息可以参考[Chow W ff, Banacloche J G, Pedrotti L M et al. The ring laser gyro. Reviews of Modern Physics, 1985, 57 (I) : 61-104.;姜亚南·环形激光陀螺·北京 清华大学出版社,1985.]回馈是使激光器输出光的一部分再反射或散射进入到激光谐振腔,从而使激光功 率或频率产生调制的现象。由于回馈光带有外部回馈光路中的很多信息,因此可以利用回 馈来实现位移、振动、相位等物理量的精确测量[参考张书练.激光回馈技术及发展.激 光与光电子学进展,2007,44(11) : 65-76.;张书练.正交偏振激光原理[M].北京 清华大学出版社,2005。本专利技术提出一种采用光回馈来为激光陀螺提供偏频的方法,它基本不改变现有机 械抖动激光陀螺的腔体,不需要在激光器腔内光路中置入透射型光学元件,但能提供与机 械抖动类似的效果,从而非常完美的克服了闭锁问题。
技术实现思路
本专利技术是为了克服激光陀螺的闭锁问题,通过光回馈和外部腔调制,提供与机械 抖动类似的效果,但不用在激光陀螺腔内增加光学元件,从而能够利用成熟的腔体技术来获得更好的精度。为实现本专利技术目的,可以采取如下技术方案包括由至少3面反射镜组成的激光陀螺和由两面反射镜组成的回馈外腔,通过回馈外腔的作用,改变激光方向使从激光陀螺谐振腔出射的激光重新反射到谐振腔内部,在外腔光路中置入非互易光学装置及程长调制装置,在激光陀螺内的顺时针和逆时针行波内建立偏频,然后对外腔长度进行交流调制和控制,实现偏频的交变抖动,将激光陀螺输出光再次反射到谐振腔内,且使顺时针光束仍进入顺时针环路,逆时针光束仍进入逆时针环路, 弓I起激光陀螺内部激光性质尤其是振荡频率的改变。其中,通过在谐振腔外部的光路中增加非互易光学元件(如法拉第旋光器),使顺时针光束和逆时针光束产生非互易性,可在激光陀螺顺时针和逆时针激光之间建立频率偏置。选择合适的非互易元件,使频率偏置满足要求,然后对外腔光程进行调制和控制,可改变非互易偏频的大小。采用交流(或叫交变、抖动)调制的方式,可产生与机械抖动激光陀螺中抖动偏频相同的效果。该技术方案的实现主要基于以下原理将顺时针光束回馈到顺时针光束、逆时针光束回馈到逆时针光束的条件下,激光陀螺的顺时针和逆时针光波间将会产生频率差[参考=AronowitZ F. Theory and Operation of a Traveling-Wave Laser. New York University, 1969.]本文档来自技高网
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【技术保护点】
基于外腔回馈的激光陀螺偏频方法,其特征在于,该方法具体为:包括由至少3面反射镜组成的激光陀螺和由两面反射镜组成的回馈外腔,通过回馈外腔的作用,改变激光方向使从激光陀螺谐振腔出射的激光重新反射到谐振腔内部,在外腔光路中置入非互易光学装置及程长调制装置,在激光陀螺内的顺时针和逆时针行波内建立偏频,然后对外腔长度进行交流调制和控制,实现偏频的交变抖动,将激光陀螺输出光再次反射到谐振腔内,且使顺时针光束仍进入顺时针环路,逆时针光束仍进入逆时针环路,引起激光陀螺内部激光性质尤其是振荡频率的改变;其中,非互易光学元件为法拉第旋光器。

【技术特征摘要】
1.基于外腔回馈的激光陀螺偏频方法,其特征在于,该方法具体为 包括由至少3面反射镜组成的激光陀螺和由两面反射镜组成的回馈外腔,通过回馈外腔的作用,改变激光方向使从激光陀螺谐振腔出射的激光重新反射到谐振腔内部,在外腔光路中置入非互易光学装置及程长调制装置,在激光陀螺内的顺时针和逆时针行波内建立偏频,然后对外腔长度进行交流调制和控制,实现偏频的交变抖动,将激光陀螺输出光再次反射到谐振腔内,且使顺时针光束仍进入顺时针环路,逆时针光束仍进入逆时针环路,引起激光陀螺内部激光性质尤其是振荡频率的改变; 其中,非互易光学元件为法拉第旋光器。2.根据权利要求1所述的基于外腔回馈的激光陀螺偏频方法,其特征在于,基于外腔回馈的激光陀螺偏频一种实现方式为包括激光陀螺(I)和由第五反射镜(6)、第六反射镜(7)、程长调制装置(12)、非互易光学装置(8)组成的回馈外腔,其中激光陀螺(I)由反射镜I (2)、反射镜II (3)、反射镜III (4)、反射镜IV (5)组成;从反射镜II (3)透射的激光被回馈外腔中第五反射镜(6)和第六反射镜(7)改变方向,重新从反射镜IV(5)进入到激光陀螺谐振腔,同理,从反射镜IV (5)透射的激光从反射镜II (3)重新进入激光陀螺谐振腔;由于外腔回馈的作用,激光陀螺谐振腔内顺时针和逆时针光波之间增加了一项频率差 ,通常 ,利用...

【专利技术属性】
技术研发人员:汪之国王飞肖光宗
申请(专利权)人:中国人民解放军国防科学技术大学
类型:发明
国别省市:

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