[发明专利]一种基于光量子高阶干涉效应的光纤陀螺及其工作方法

说明书

本发明涉及一种基于光量子高阶干涉效应的光纤陀螺，其包括预报单光子源、第一单模保偏光纤、第二单模保偏光纤、光纤敏感环路、分束装置、第三单模保偏光纤、第四单模保偏光纤、第一单光子计数器、第二单光子计数器、第一信号线、第二信号线及时间‑幅度转换器。本发明的基于光量子高阶干涉效应的光纤陀螺，由预报单光子源产生的一对光子分别从光纤敏感环路两端入射，经过保偏光纤敏感环路后从共轭端口输出，经分束装置后两光子相遇并发生量子干涉；具有探测范围广，灵敏度高，易于集成化等诸多优点，可用于惯性导航、地球自转测量等多个领域。作为全新方案，开拓未来高精度光纤陀螺的新技术途径，有广阔前景。

技术领域

本发明属于导航定位技术的光纤陀螺仪技术领域，特别是一种基于光量子高阶干涉效应的光纤陀螺及其工作方法。

背景技术

陀螺仪作为惯性导航系统和核心原件，其精度直接决定着惯性导航系统的性能。随着深远海条件下的高精度、高可靠导航信息需求进一步提高，对惯性导航系统的性能提出了比卫星拒止条件下独立精确导航、智能化导航等更高的要求。光纤陀螺相比传统机械陀螺，不仅具有全固态、低噪声、低功耗、免维护、可靠性高寿命长等诸多优点，而且信息实时性高、精度潜力大、体积结构灵活。光纤陀螺的诸多优点使其在多个领域有广泛应用前景，如战略导弹系统、潜艇导航、卫星定位、汽车定向、智能机器人等多个领域得到广泛应用，因此表现出极佳的优势，并不断向超高精度方向发展。

基于Sagnac效应对角速度测量构成了现代激光陀螺和光纤陀螺的基础，根据结构不同主要分为干涉型和谐振型。Sagnac效应是指在同一光源发出的沿顺时针和逆时针传输的两束光发生干涉，当闭合光路以角速度Ω旋转时，顺时针和逆时针传播光束在回到出发点时会产生与转速成比例的相位差，该相位差被称为“Sagnac相移”。

目前，随着深远海条件和卫星拒止条件下对导航精度的需求进一步提升，制造更高精度和更高灵敏度的光纤陀螺为目标所在。提高光纤陀螺灵敏度的传统方案主要靠增加光纤敏感环路尺寸和光纤长度来提高灵敏度，将带来诸多新缺点，如增加系统复杂程度、引入更大的Shupe误差。灵敏度提升遇到瓶颈，急需新的解决方案。近年来，随着量子技术高速发展，国防工业也进入“量子时代”，基于量子技术的陀螺被认为是一种可行的解决方案。

但是，已有的激光陀螺和光纤陀螺方案本质上都是利用光一阶干涉，而光量子高阶干涉自从提出以来，大量使用在量子精密测量领域，其对时间分辨率的测量可以精确到ps量级。

为此，亟需研发一种在Sagnac干涉仪中实现基于光量子高阶干涉效应的光纤陀螺，用来做转速测量。

发明内容

本发明的目的在于针对目前仅利用Sagnac干涉仪的一阶干涉效应进行角速度传感精度的不足，提供一种全新的基于光量子高阶干涉效应的光纤陀螺，适用于利用光纤中高速传输的光子感知角速度和角加速度，通过符合测量得到角速度和角加速度信息。

本发明的目的还在于提供一种基于光量子高阶干涉效应的光纤陀螺的工作方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：