[发明专利]被动型激光陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术，尤其是涉及被动型激光陀螺。

背景技术

作为惯性导航系统核心的惯性器件，陀螺可以用来测量飞行器在飞行过程中方向的微小变化，从而有助于惯性导航系统连续计算飞行器的位置、速度以及方向，实现飞行器在不需要借助外界参考的情况下进行飞行，因此陀螺在国防科学技术和国民经济的许多领域中扮演着非常重要的角色。自从上个世纪六十年代激光发明以来，基于萨格纳克(Sagnac)效应的光学惯性导航研究得到了迅猛的发展。与传统的机械陀螺相比，由于工作时不需要元件的移动，所以其可靠性与分辨率都较前者有很大的提升空间。根据激光增益介质与环形腔的几何位置关系，激光陀螺可分为主动型与被动型两种。当增益介质位于环形腔内时为主动型，当增益介质位于环形腔外时为被动型。

激光陀螺通过测量激光在环形腔中沿顺时针(CW)方向旋转与沿逆时针(CCW)方向旋转时的频率差来确定其旋转角速度。具体公式为：

Δf=4AλPΩ---(1)]]>

其中Δf表示测量到的频差，A为环形腔所包围的面积，λ为激光的波长，P为环形腔所包围区域的周长，Ω为环形腔的旋转角速度。

在现有技术中，为了提高角速度测量的灵敏度，已经尝试使用面积A区域尽可能大的环形腔，以及尽可能短的激光波长。例如，假设使用圆型环形腔且具有10赫兹的频率分辨精度，使用的波长为0.633微米，由公式(1)可知，对于测量精度为0.001度/s的陀螺，对应的环形腔半径在18mm。若频率分辨精度为1000赫兹，对应的环形腔半径则为1.8m。但是，通过增大陀螺所包围的区域面积来提高探测灵敏度会带来另外一个问题，那就是随着陀螺所包围区域的增大，各种不可避免的扰动将使得陀螺的稳定性降低。

传统的主动型激光陀螺的噪声主要来自两个方面：一是激光介质的自发辐射，这是激光陀螺仪噪声的量子极限；二是目前多数激光陀螺仪采用的抖动偏频技术，会造成输入信号的漏失，并导致输出信号相位角的随机变化。闭锁阈值将影响到激光陀螺仪标度因数的线性度和稳定度。闭锁阈值取决于谐振光路中的损耗，主要是反射镜的损耗。

被动型激光陀螺由于增益介质在环形腔外，可以有效地去除闭锁效应以及自发辐射噪声。由于腔内没有增益介质，作为影响激光陀螺精度的关键参数，即腔的稳定性和谐振峰线宽或细度的指标可进一步改善。传统被动型陀螺又分为激光器锁定在陀螺的环形腔上和陀螺的环形腔锁定在激光器上两种方式。然而传统的陀螺中，对于前者，一般的环形腔，特别是具有较大环面积的环形腔，难以有效抑制外界干扰，因此使得陀螺的稳定性降低。因此，腔的稳定性的提高受到了技术上的限制。而对于后者，由于普通激光器的线宽和稳定性并不是很好，这也直接限制了激光陀螺的精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供被动型激光陀螺，从而能够提高激光陀螺的精度和灵敏度。

根据本发明的一个方面，提供一种被动型激光陀螺，其特征在于，激光陀螺包括激光装置、线宽压窄反馈装置，陀螺装置，线宽压窄反馈装置中还包括法布里-珀罗FP腔，陀螺装置中还包括环形腔，其中：

激光装置，用于分别向线宽压窄反馈装置输出第一激光信号、向陀螺装置输出第二激光信号，并利用线宽压窄反馈装置反馈的激光信号或者电信号将激光装置输出的第二激光信号的中心频率锁定为所述FP腔的谐振频率；

线宽压窄反馈装置，用于将激光装置提供的第一激光信号提供给所述FP腔，并将所述FP腔输出的激光信号或者由所述FP腔输出的激光信号转换的电信号反馈给激光装置；

陀螺装置，用于接收激光装置输出的第二激光信号，并根据第二激光信号在陀螺装置中的环形腔中分别沿顺时针方向旋转的频率和沿逆时针方向旋转的频率之间的差值来确定所述陀螺装置的旋转角速度。