專利名稱：一種關(guān)于光學(xué)陀螺效應(yīng)驗(yàn)證的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陀螺慣性器件，具體是一種關(guān)于光學(xué)陀螺效應(yīng)驗(yàn)證的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
陀螺慣性器件作為慣導(dǎo)系統(tǒng)中的核心部件，在國(guó)土防空、導(dǎo)航制導(dǎo)、控制技術(shù)等領(lǐng) 域以及機(jī)器人、電子消費(fèi)品等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，其發(fā)展對(duì)一個(gè)國(guó)家的國(guó)防事業(yè)、基礎(chǔ)工 業(yè)以及高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。現(xiàn)有陀螺慣性器件主要分為傳統(tǒng)機(jī)械陀螺、 微機(jī)械(MEMS)陀螺、光學(xué)陀螺(光纖陀螺、激光陀螺)等類型。其中，傳統(tǒng)機(jī)械陀螺普遍存在 體積大、啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、存在可動(dòng)部件等問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)靈便測(cè)量；微機(jī)械陀螺近年來(lái)發(fā)展非 常迅速，其性能、精度及可靠性逐步提高，但隨著器件的微小化，其質(zhì)量和動(dòng)量也隨之急劇 減小，其靈敏度和分辨率等指標(biāo)的提高已達(dá)到檢測(cè)極限狀態(tài)；光學(xué)陀螺是依據(jù)Sagnac效應(yīng) 而設(shè)計(jì)產(chǎn)生的，其具有結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，但其需要較為復(fù)雜的光電信 號(hào)處理、成本較高、受溫度等環(huán)境條件變化影響大、且不易集成。綜上所述，現(xiàn)有陀螺慣性器 件存在測(cè)量不靈便、靈敏度和分辨率難以進(jìn)一步提高、成本高、以及不易集成的問(wèn)題；基于 此，有必要發(fā)明一種能解決上述問(wèn)題的新型陀螺慣性器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有陀螺慣性器件測(cè)量不靈便、靈敏度和分辨率難以進(jìn)一步提 高、成本高、受溫度等環(huán)境條件變化影響大、以及不易集成的問(wèn)題，提供了一種關(guān)于光學(xué)陀 螺效應(yīng)驗(yàn)證的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種關(guān)于光學(xué)陀螺效應(yīng)驗(yàn)證的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)，包 括中空轉(zhuǎn)臺(tái)、固定于中空轉(zhuǎn)臺(tái)表面圓心處的環(huán)形諧振腔、以及與環(huán)形諧振腔耦合的雙波導(dǎo)； 雙波導(dǎo)貫穿中空轉(zhuǎn)臺(tái)表面，中空轉(zhuǎn)臺(tái)的上下兩側(cè)分別設(shè)有三通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置和四通 道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置；其中，三通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置的下部通過(guò)雙波導(dǎo)與四通道光纖旋 轉(zhuǎn)互連裝置的下部相連；三通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置的上部通過(guò)光纖連接有摻鉺光纖放大 器，摻鉺光纖放大器的輸入端通過(guò)光纖連接有激光光源；四通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置的上部 通過(guò)光纖連接有探測(cè)器，探測(cè)器的輸出端連接有信號(hào)處理單元；所述雙波導(dǎo)為本領(lǐng)域技術(shù) 人員容易實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，可以有多種結(jié)構(gòu)變形；所述摻鉺光纖放大器、三通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝 置、四通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置、探測(cè)器、信號(hào)處理單元均為現(xiàn)有公知產(chǎn)品，可由市面購(gòu)得。工作時(shí)，激光光源通過(guò)光纖和摻鉺光纖放大器將功率放大的激光弓I入三通道光纖 旋轉(zhuǎn)互連裝置，雙波導(dǎo)將三通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置的下部和四通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置的下 部連接形成光通路，三通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置內(nèi)的激光經(jīng)此光通路弓I入四通道光纖旋轉(zhuǎn)互 連裝置，最終通過(guò)光纖引入探測(cè)器，探測(cè)器將激光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送至信號(hào)處理單元；在此過(guò) 程中，中空轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，三通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置的上部和四通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置的 上部均固定不動(dòng)，三通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置的下部和四通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置的下部則隨 中空轉(zhuǎn)臺(tái)、以及安裝于中空轉(zhuǎn)臺(tái)上的環(huán)形諧振腔一起進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；與此同時(shí)，雙波導(dǎo)與環(huán)形諧振腔進(jìn)行耦合，在環(huán)形諧振腔內(nèi)產(chǎn)生沿順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向傳播的光，兩光分別在環(huán) 形諧振腔的傳出口處產(chǎn)生拍頻后，經(jīng)雙波導(dǎo)和光纖傳至兩個(gè)探測(cè)器；環(huán)形諧振腔旋轉(zhuǎn)時(shí)，其 相對(duì)腔周長(zhǎng)會(huì)發(fā)生改變，因而在環(huán)形諧振腔內(nèi)沿順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向傳播的光的諧振 頻率會(huì)各自發(fā)生不同的變化，基于此，通過(guò)兩探測(cè)器分別對(duì)沿兩個(gè)方向傳播的光進(jìn)行檢測(cè)， 具體檢測(cè)過(guò)程為鎖定沿順時(shí)針(逆時(shí)針)方向傳播的光，使其始終處于諧振狀態(tài)，通過(guò)兩探 測(cè)器檢測(cè)沿逆時(shí)針(順時(shí)針)方向傳播的光與沿順時(shí)針(逆時(shí)針)傳播的光之間的頻差，所得 頻差轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)入信號(hào)處理單元，由信號(hào)處理單元計(jì)算出中空轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；與 現(xiàn)有陀螺慣性器件相比，本發(fā)明所述的一種關(guān)于光學(xué)陀螺效應(yīng)驗(yàn)證的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu) 點(diǎn)一、本發(fā)明采用的激光光源在進(jìn)入耦合系統(tǒng)之前經(jīng)過(guò)了摻鉺光纖放大器放大，使得光功 率得到增強(qiáng)，更易檢測(cè)到陀螺效應(yīng)；二、本發(fā)明采用光 纖旋轉(zhuǎn)互連裝置作為光互連的中間介 質(zhì)，從而大大降低了把自由光耦合到光波導(dǎo)中所帶來(lái)的光損耗，為檢測(cè)陀螺效應(yīng)提供了可 靠的保障；三、本發(fā)明采用的核心敏感元件為環(huán)形諧振腔，與傳統(tǒng)光纖陀螺所采用的光纖環(huán) 相比，環(huán)形諧振腔具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于集成應(yīng)用、高抗過(guò)載等優(yōu)點(diǎn)，因而更適用于高 靈敏度測(cè)量領(lǐng)域；綜上所述，本發(fā)明所述的一種關(guān)于光學(xué)陀螺效應(yīng)驗(yàn)證的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)徹底解 決了現(xiàn)有陀螺慣性器件測(cè)量不靈便、靈敏度和分辨率難以進(jìn)一步提高、成本高、受溫度等環(huán) 境條件變化影響大、以及不易集成的問(wèn)題。本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有陀螺慣性器件測(cè)量不靈便、靈敏度和分辨率難以進(jìn)一步提 高、成本高、受溫度等環(huán)境條件變化影響大、以及不易集成的問(wèn)題，適于作為慣導(dǎo)系統(tǒng)中的 核心部件。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的雙波導(dǎo)與環(huán)形諧振腔的耦合示意圖。圖中1_激光光源，2-摻鉺光纖放大器，3-三通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置，4-雙波導(dǎo)， 5_環(huán)形諧振腔，6-中空轉(zhuǎn)臺(tái)，7-四通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置，8-探測(cè)器，9-信號(hào)處理單元。
具體實(shí)施例方式一種關(guān)于光學(xué)陀螺效應(yīng)驗(yàn)證的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)，包括中空轉(zhuǎn)臺(tái)6、固定于中空轉(zhuǎn)臺(tái)6表面 圓心處的環(huán)形諧振腔5、以及與環(huán)形諧振腔5耦合的雙波導(dǎo)4 ；雙波導(dǎo)4貫穿中空轉(zhuǎn)臺(tái)6表 面，中空轉(zhuǎn)臺(tái)6的上下兩側(cè)分別設(shè)有三通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置3和四通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝 置7 ；其中，三通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置3的下部通過(guò)雙波導(dǎo)4與四通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置7 的下部相連；三通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置3的上部通過(guò)光纖連接有摻鉺光纖放大器2，摻鉺光 纖放大器2的輸入端通過(guò)光纖連接有激光光源1 ；四通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置7的上部通過(guò) 光纖連接有探測(cè)器8，探測(cè)器8的輸出端連接有信號(hào)處理單元9 ；雙波導(dǎo)4為錐形光纖，雙波 導(dǎo)4的錐形部分與環(huán)形諧振腔5耦合，如圖2所示，工作時(shí)，雙波導(dǎo)4的錐形部分與環(huán)形諧 振腔5的間距為耦合效率最大處；具體實(shí)施時(shí)，雙波導(dǎo)4的材料為Si，其幾何形狀采用細(xì)長(zhǎng) 方體，細(xì)長(zhǎng)方體寬為l-2um，厚度為0. 75-lum ；環(huán)形諧振腔5采用通過(guò)MEMS加工技術(shù)在SOI 材料的Si層上加工而成的平面環(huán)形微腔，其材料為Si，半徑為20-25um，環(huán)厚度為l-2um ； 中空轉(zhuǎn)臺(tái)6采用中空型精密轉(zhuǎn)臺(tái)。
權(quán)利要求
一種關(guān)于光學(xué)陀螺效應(yīng)驗(yàn)證的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)，其特征在于包括中空轉(zhuǎn)臺(tái)(6)、固定于中空轉(zhuǎn)臺(tái)(6)表面圓心處的環(huán)形諧振腔(5)、以及與環(huán)形諧振腔(5)耦合的雙波導(dǎo)(4)；雙波導(dǎo)(4)貫穿中空轉(zhuǎn)臺(tái)(6)表面，中空轉(zhuǎn)臺(tái)(6)的上下兩側(cè)分別設(shè)有三通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置(3)和四通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置(7)；其中，三通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置(3)的下部通過(guò)雙波導(dǎo)(4)與四通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置(7)的下部相連；三通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置(3)的上部通過(guò)光纖連接有摻鉺光纖放大器(2)，摻鉺光纖放大器(2)的輸入端通過(guò)光纖連接有激光光源(1)；四通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置(7)的上部通過(guò)光纖連接有探測(cè)器(8)，探測(cè)器(8)的輸出端連接有信號(hào)處理單元(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種關(guān)于光學(xué)陀螺效應(yīng)驗(yàn)證的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)，其特征在于雙波 導(dǎo)(4)為錐形光纖，雙波導(dǎo)(4)的錐形部分與環(huán)形諧振腔(5)耦合。
全文摘要
本發(fā)明涉及陀螺慣性器件，具體是一種關(guān)于光學(xué)陀螺效應(yīng)驗(yàn)證的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有陀螺慣性器件測(cè)量不靈便、靈敏度和分辨率難以進(jìn)一步提高、成本高、受溫度等環(huán)境條件變化影響大、以及不易集成的問(wèn)題。一種關(guān)于光學(xué)陀螺效應(yīng)驗(yàn)證的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)包括中空轉(zhuǎn)臺(tái)、固定于中空轉(zhuǎn)臺(tái)表面圓心處的環(huán)形諧振腔、以及與環(huán)形諧振腔耦合的雙波導(dǎo)；雙波導(dǎo)貫穿中空轉(zhuǎn)臺(tái)表面，中空轉(zhuǎn)臺(tái)的上下兩側(cè)分別設(shè)有三通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置和四通道光纖旋轉(zhuǎn)互連裝置。本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有陀螺慣性器件測(cè)量不靈便、靈敏度和分辨率難以進(jìn)一步提高、成本高、受溫度等環(huán)境條件變化影響大、以及不易集成的問(wèn)題，適于作為慣導(dǎo)系統(tǒng)中的核心部件。
文檔編號(hào)G01C25/00GK101949712SQ20101027455
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者嚴(yán)英占, 劉俊, 張宇光, 張文棟, 李鵬, 薛晨陽(yáng), 閆樹(shù)斌 申請(qǐng)人:中北大學(xué)