[发明专利]基于并行反馈的激光陀螺

说明书

本申请要求2010年8月13日提交的名称为“基于并行反馈的光纤激光陀螺”、申请号为201010253821.8的中国申请的优先权，在此将其全文引入作为参考。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更为具体地，涉及一种基于并行反馈的激光陀螺。

背景技术

高精度、高稳定性惯导级光学陀螺是航天、航海的制导、稳像稳瞄等惯性测量系统急需的核心部件。光学陀螺主要包括光纤陀螺和激光陀螺。激光陀螺在高精度陀螺市场上占优势。但是激光陀螺的传感元件为气体激光器，气体易泄漏，寿命不如光纤陀螺长。激光陀螺则因其谐振性而拥有更大的动态范围和更高的测量精度。光纤激光陀螺综合了光纤陀螺与激光陀螺的优点，它利用光纤的固态性能和激光器的谐振性，具有动态范围大、精度高、抗振动冲击性能好、寿命长等特点。光纤激光陀螺的理论精度与传统He-Ne激光陀螺同级，可达到0.100°/h-0.001°/h惯导级水平，且避免了气体激光陀螺制作时的超级工艺难度(如镀制99.999的高反射膜和密封技术)。

光纤激光陀螺的工艺制作如同光纤陀螺，通过并不复杂的光纤熔接和结构装配技术，即可获得激光陀螺的高精度。此外，在同等高的精度下，工作环的掺铒光纤长度只需十几米，而光纤陀螺则需要2～4km的保偏光纤，光纤激光陀螺的成本远低于光纤陀螺和激光陀螺。而且，光纤激光陀螺光学系统中需要电驱动的器件只有半导体泵浦激光器，它的驱动电压只需3～5V，而激光陀螺气体放电则需要几千伏电压，因此光纤激光陀螺的功耗远小于激光陀螺，也略小于光纤陀螺。

光纤激光陀螺作为高精度陀螺，其应用领域为航空、航天、航海及车辆的精确惯导和陀螺罗经的场合，如战机、舰船、火炮战车和各类航弹、导弹的自主导航、精确对准、精密仪器的稳瞄稳像和自行控制等系统。同时它在民用领域如：卫星、民航飞机及汽车的导航定向，精密探测仪器的稳定等方面也有广泛的应用前景。

目前，光纤激光陀螺的发展瓶颈在于：由于现有的光纤激光器线宽普遍在kHz量级，从而导致光纤激光陀螺很难达到高精度。

图1示出了光纤激光陀螺的基本组成以及工作流程。如图1所示，首先，泵浦激光器生成激光，在经过光纤环形谐振腔后产生Δλ＝40nm的宽带激光，然后经过注入被动饱和吸收(δ为kHz量级)并利用窄带光学滤波器处理后，通过模式竞争产生单模激光。此后，进行有源敏感头Sagnac效应相干探测，利用PIN探测器进行光电变换获得电信号数据，然后进行信号处理来输出Ω值，由此实现光纤激光陀螺的角速度测量。

图2示出了光纤激光陀螺的基本结构。如图2所示，波长为980nm的泵浦光经波分复用器WDM输入到环形谐振腔内，掺铒增益光纤受泵浦光的激励产生中心波长为1550nm、谱线宽度为40nm的宽带激光，分别沿顺时针(CW)方向和逆时针(CCW)方向传输，偏振态由偏振控制器PC控制。经过窄线宽光学滤波器滤波，光谱线宽压缩为kHz以下，当物体以某一角速度旋转时，环内顺时针和逆时针方向传输的两束激光在Sagnac效应的作用下产生方向相反的频移Δv，通过一个光纤耦合器的耦合使两输出激光信号间产生拍频，然后探测器进行差频信号检测，计算出物体的旋转角速度。频差为

Δv=vcω-vccω=4AλLω,]]>等式(1)

窄线宽光学滤波器由掺铒增益光纤和光纤光栅构成，其基本工作原理为信号光进入掺铒增益光纤，产生饱和吸收形成瞬态光栅，对激光进行窄带滤波，从而形成稳定的单模窄线宽工作激光。这种方法简单有效，是目前实现窄线宽的主要方式。但是，这种方法实现双向出光很复杂，而且进一步压缩线宽要大幅度增长参铒光纤长度，因此实现超窄线宽很困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于并行反馈的激光陀螺，该激光陀螺可以放大Sagnac效应，同时大幅度提高精度。

在本发明中，针对激光器的当前正反馈结构仅为单向反馈回路不能进一步提高激光器性能的问题，通过对比单环和复合谐振腔，提出了并行多路反馈结构方案。具体是利用具有极多模式的多模光传输介质，并由此形成基于并行反馈的激光陀螺。