[发明专利]低相干光三片混合集成式角速度检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种低相干光三片混合集成式角速度检测系统及方法。本发明中利用谐振腔在不同旋转角速度下具有不同的滤波特性，通过检测顺、逆时针光束经过谐振腔后光功率的变化来实现角速度的检测。本发明采用了混合集成的思路将低相干光源及光电探测器模块、耦合器及推挽式Y分支模块、光波导谐振腔模块异质集成到同一硅基底上。本发明中利用低相干光源作为系统光源，降低了包括偏振噪声在内的许多光学寄生效应，从而提高了角速度检测系统的精度及其稳定性；同时采用三片混合集成的方式，极大的减小了系统的体积，符合小型化的发展趋势。

技术领域

本发明涉及信号检测技术领域，尤其涉及一种低相干光三片混合集成式角速度检测系统及方法。光学谐振腔具有对输入光进行选频和滤波的作用，根据光学Sagnac效应，在不同旋转角速度下谐振腔对顺时针光路和逆时针光路具有不同的滤波特性，基于此特性可用来检测系统的旋转角速度。

背景技术

谐振式光学陀螺是一种利用光学Sagnac效应来实现对角速度进行检测的一种高精度惯性传感器，它包括谐振式光纤陀螺和谐振式微光学陀螺两大类。其中，谐振式光纤陀螺利用光纤谐振腔作为其敏感元件，谐振式微光学陀螺则是利用光波导谐振腔作为其敏感元件，因此在小型化与集成化上谐振式微光学陀螺具有更大的优势。

由于Sagnac效应是一种极其微弱的效应，而传统的谐振式微光学陀螺是利用高相干性的光作为其系统光源，这就会使得系统内产生许多光学寄生效应，如背向散射噪声、偏振噪声、残余强度噪声等。这些噪声的出现会增加系统信号处理的复杂性，同时也限制了系统精度的提升，更不利于系统小型化的实现。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种采用低相干光源作为发射源，光波导谐振腔作为角速度敏感元件，利用不同角速度下顺时针光路和逆时针光路滤波特性的不同，实现角速度检测的检测系统及方法。

本发明首先提供了一种低相干光三片混合集成式角速度检测系统，它包括低相干光源、光电探测器、耦合器、推挽式Y分支、光波导谐振腔构成的光学系统以及由信号调制解调模块构成的信号处理系统；低相干光源、耦合器、推挽式Y分支、光波导谐振腔依次相连；耦合器的另一端口与光电探测器的输入端相连；光电探测器的输出信号输入到调制解调模块；调制解调模块产生的调制信号输入到推挽式Y分支，信号调制解调模块产生的解调信号作为系统的输出信号输入到外部数据记录仪。

应用上述检测系统的检测方法，包括以下步骤：

(1)将低相干光源和光电探测器模块、耦合器和推挽式Y分支模块、光波导谐振腔模块通过Die to Wafer键合技术异质集成在同一个硅基底上；

(2)低相干光源发出的光经过耦合器、推挽式Y分支分别从顺、逆时针方向进入光波导谐振腔，并在光波导谐振腔内进行多圈传输，之后顺、逆时针光束再次经过推挽式Y分支并在推挽式Y分支处进行干涉，最后干涉所得的光束经过耦合器后进入光电探测器；

(3)信号的调制：

低相干光源发出的低相干光在推挽式Y分支处进行相位调制，其中，相位调制器的驱动信号是信号调制解调模块产生的调制信号U1(t)；

(4)信号的解调：

在推挽式Y分支处所产生的干涉信号经过耦合器进入光电探测器并转化为电信号，信号调制解调模块产生与调制信号U1(t)同频的参考信号对电信号进行解调；

(5)系统信号输出：

当系统静止时，推挽式Y分支处干涉光束的光强达到最大值，而当系统发生转动时，光束的干涉光强会随转动速度发生改变，因此可通过检测干涉信号光功率的变化来实现角速度的检测。调制解调模块的解调输出即反映了光功率的变化情况，因此调制解调模块的解调输出即作为系统的输出，并输出至外部数据记录仪，最终经过标定后，即可得到系统的角速度检测值。