CN101793997B - 一种环形谐振腔 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环形谐振腔，属于激光和微光机电技术领域，以解决在微光学陀螺技术中存在体积大、光路复杂、光传输损耗大以及克尔效应和背向散射引起的噪声问题。本发明的第一光学调制器用于外界与第一光学调制器之间的光路传输，第一光学准直器用于第一光学调制器输入与反射镜之间的光路传输，反射镜第一光学准直器与第二光学准直器之间的光路传输，第二光学准直器用于反射镜第二光学调制器之间的光路传输，第二光学调制器用于第二光学准直器与光子晶体光纤之间的光路传输，光子晶体光纤用于将第二光学调制器输入的光经过循环后输出给第二光学调制器。本发明具有体积小、光路简单、光传输损耗小，不易被克尔效应和背向散射等噪声所干扰的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种环形谐振腔，属于激光和微光机电技术领域。
背景技术
微光学陀螺是实现转动检测的微型高精度惯性传感器件，与传统的机械陀螺和其他光学陀螺相比，其优势在于：体积小、重量轻、集成度高；与MEMS惯性器件相比：不需真空封装，且动态响应范围大，抗电磁干扰能力强，可在一些恶劣环境下使用，在航空、航天、航海等均用领域及地质、石油勘探等民用领域具有广阔的应用前景。
谐振式微光学陀螺利用同一闭合回路中顺、逆时针方向传播的两束光之间的谐振频率差来测量旋转速度。谐振式微光学陀螺与干涉式陀螺相比，达到同样的灵敏度，谐振式光学陀螺需要的敏感环长度要短很多，降低了腔中温度分布不均匀引起的漂移；采用高相干光源，波长稳定性高；谐振频率与旋转角速度成正比，检测精度高，动态范围大。图1所示是一种传统的谐振式微光学陀螺，采用较大体积且器件较多的光路完成了在光纤结构无源谐振腔中顺、逆时针方向传输的光的频率差的测量。
因此，在现有的微光学陀螺技术中，存在体积较大、光路较复杂、光传输损耗较大以及克尔效应和背向散射引起的噪声问题。
发明内容
本发明提供了一种环形谐振腔，以解决在现有的微光学陀螺技术中，存在体积较大、光路较复杂、光传输损耗较大以及克尔效应和背向散射引起的噪声问题。
一种环形谐振腔，包括：
第一光学调制器，用于将输入光进行调制后输出给第一光学准直器，以及将第一光学准直器输入的光进行调制后输出；
第一光学准直器，用于将第一光学调制器输入的光汇聚在反射镜上，以及将反射镜输入的光输出给第一光学调制器；
反射镜，用于将第一光学准直器输入的光的一部分输出给第二光学准直器，另一部分输出给第一光学准直器，以及将第二光学准直器输入的光的一部分输出给第一光学准直器，另一部分输出给第二光学准直器；
第二光学准直器，用于将反射镜输入的光输出给第二光学调制器，以及将第二光学调制器输入的光汇聚在反射镜上；
第二光学调制器，用于将第二光学准直器输入的光进行调制后输出给光子晶体光纤，以及将光子晶体光纤输入的光进行调制后输出给第二光学准直器；
光子晶体光纤，用于将第二光学调制器输入的光经过循环后输出给第二光学调制器。
本发明通过两个光学调制器、两个光学准直器以及一个反射镜，实现了再光子晶体光纤中循环输出的光路，具有体积较小、光路较简单、光传输损耗较小，不易被克尔效应和背向散射等噪声所干扰的特点。
附图说明
图1是现有技术的一种谐振式微光学陀螺的结构示意图；
图2是本发明的具体实施方式提供的一种环形谐振腔的结构示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式提供了一种环形谐振腔，可以包括第一光学调制器、第一光学准直器、反射镜、第二光学准直器、第二光学调制器和光子晶体光纤，第一光学调制器用于将输入光进行调制后输出给第一光学准直器，以及将第一光学准直器输入的光进行调制后输出；第一光学准直器用于将第一光学调制器输入的光汇聚在反射镜上，以及将反射镜输入的光输出给第一光学调制器；反射镜用于将第一光学准直器输入的光的一部分输出给第二光学准直器，另一部分输出给第一光学准直器，以及将第二光学准直器4输入的光的一部分输出给第一光学准直器，另一部分输出给第二光学准直器；第二光学准直器用于将反射镜输入的光输出给第二光学调制器，以及将第二光学调制器输入的光汇聚在反射镜上；第二光学调制器用于将第二光学准直器输入的光进行调制后输出给光子晶体光纤，以及将光子晶体光纤输入的光进行调制后输出给第二光学准直器；光子晶体光纤用于将第二光学调制器输入的光经过循环后输出给第二光学调制器。
进一步地，相应的反射镜具体可以包括：高透镜面和高反镜面，高透镜面用于将第一光学准直器输入的光输出给第二光学准直器；高反镜面用于将第二光学准直器输入的光输出给第二光学准直器。相应的第一光学调制器和第一光学准直器可以以反射镜为轴分别与第二光学调制器和所述第二光学准直器对称设置。相应的光子晶体光纤可以采用长度为1-3米的环形空气芯光子晶体光纤。
为了更清楚的说明本具体实施方式提供的一种环形谐振腔，现结合说明书附图进行说明，如图2所示，该环形谐振腔具体可以包括第一光学调制器1、第一光学准直器2、反射镜3、第二光学准直器4、第二光学调制器5和光子晶体光纤6。
第一光学调制器1用于将输入光进行调制后输出给第一光学准直器2，以及将第一光学准直器2输入的光进行调制后输出。
第一光学调制器1可采用双路输入输出光学调制器，第一路输入输出端接收外部输入的第一路光并经过调制后输出给第一光学准直器2，第二路输入输出端接收第一光学调制器1输入的光并经过调制后输出给外部探测器。
第一光学准直器2用于将第一光学调制器1输入的光汇聚在反射镜3上，以及将反射镜3输入的光输出给第一光学调制器1。
第一光学准直器2可采用双路输入输出光学准直器，第一路输入输出端接收第一光学调制器1输入的光并汇聚到反射镜3上，第二路输入输出端接收反射镜3输入的光并输出给第一光学调制器1。
反射镜3用于将第一光学准直器2输入的光的一部分输出给第二光学准直器4，另一部分输出给第一光学准直器2，以及将第二光学准直器4输入的光的一部分输出给第一光学准直器2，另一部分输出给第二光学准直器4。
反射镜3可采用反射率范围是1％-99％的分光棱镜或镀膜分光片，也可以在普通透镜的反射镜面的一侧增加高透性能和另一侧增加高反性能制成。反射镜3的一端接收第一光学调制器2第一路输入输出端汇聚的光，并将一部分光反射到第一光学准直器2的第二路输入输出端，将另一部分光透射到第二光学准直器4的第二路输入输出端；反射镜的而另一端接收第二光学准直器4的第一输入输出端输入的光，并将一部分光反射到第二光学准直器4的第二输入输出端，将另一部分光透射到第一光学准直器2的第二输入输出端上。
第二光学准直器4用于将反射镜3输入的光输出给第二光学调制器5，以及将第二光学调制器5输入的光汇聚在反射镜3上。
第二光学准直器4可采用双路输入输出光学准直器，第一路输入输出端接收第二光学调制器5输入的光汇聚到反射镜3上，第二路输入输出端将反射镜3输入的光输出给第二光学调制器5的第二输入输出端。
第二光学调制器5用于将第二光学准直器4输入的光进行调制后输出给光子晶体光纤6，以及将光子晶体光纤6输入的光进行调制后输出给第二光学准直器4。
第二光学调制器5可采用双路输入输出光学调制器，第一路输入输出端将光子晶体光纤6输入的光输出给第二光学调制器5的第一路输入输出端，第二路输入输出端将第二光学调制器5输入的光输出给光子晶体光纤6。
光子晶体光纤6用于将第二光学调制器5输入的光经过循环后输出给第二光学调制器5。
光子晶体光纤结构是一种人工的介质材料，是一种介质在另一种介质中周期性分布所组成的人造结构。电磁波在光子晶体光纤结构中传播时，由于受到周期性介电常数的布拉格散射的影响而形成能带，这种能带结构叫做光子能带，光子能带之间出现的带隙叫光子带隙，而频率位于带隙中的电磁波不能在光子晶体光纤结构中传播。因此，利用光子带隙原理能很好地控制晶体中光子的运动。在本具体实施方式中，相应的光子晶体光纤6可采用长度为1-3米的环形空气芯光子晶体光纤，可以将第二光学调制器5输入的光经过内部循环后输出给第二光学调制器。
外界输入的第二路光通过第一光路调制器1的第二输入输出端进入谐振腔后的传播路径与第一路光相似，这里就不在复述。当两束光通过外部进入上述器件组成的谐振腔以后，在光子晶体光纤6中循环产生的角速度引起了Sagnac效应，通过检测由Sagnac效应引起的在光子晶体光纤结构无源谐振腔中顺、逆时针方向传输的光的频率差，间接测量得到载体角速度。
进一步地，可以将第一光学调制器1和所述第一光学准直器2以反射镜3为轴分别与所述第二光学调制器5和所述第二光学准直器4对称设置，从而使光路噪声得到更好的共膜抑制，得到更准确的测量效果。
本具体实施方式采用光子晶体光纤代替传统的反射镜构成分立元件谐振腔，使光在光子晶体光纤空气间传播，避免了传统结构波导缺陷传输损耗大以及波导传光时的克尔效应(Kerr)、背向散射等噪声问题；光在光子晶体光纤结构无源谐振腔构成的闭合空间光路中传播，由于光子晶体光纤结构的周期性导致某些频率的光子传播禁带，通过控制传播光的频率在其禁带范围内，可以使微光子在光子晶体光纤空气洞中传输；本具体实施方式提供的环形谐振腔采用将双路光集成到同一个光学调制器和光学准直器上，大大缩小了结构的复杂性及提高了结构对称性，从而使光路噪声得到更好的共膜抑制；本具体实施方式的最大优势是采取了全固态、微光学与光子晶体器件集成，具有较强的环境适应性和抗干扰能力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种环形谐振腔，其特征在于，包括：
第一光学调制器，用于将输入光进行调制后输出给第一光学准直器，以及将第一光学准直器输入的光进行调制后输出；
第一光学准直器，用于将第一光学调制器输入的光汇聚在反射镜上，以及将反射镜输入的光输出给第一光学调制器；
反射镜，用于将第一光学准直器输入的光的一部分输出给第二光学准直器，另一部分输出给第一光学准直器，以及将第二光学准直器输入的光的一部分输出给第一光学准直器，另一部分输出给第二光学准直器；
第二光学准直器，用于将反射镜输入的光输出给第二光学调制器，以及将第二光学调制器输入的光汇聚在反射镜上；
第二光学调制器，用于将第二光学准直器输入的光进行调制后输出给光子晶体光纤，以及将光子晶体光纤输入的光进行调制后输出给第二光学准直器；
光子晶体光纤，用于将第二光学调制器输入的光经过循环后输出给第二光学调制器。
2.根据权利要求1所述的环形谐振腔，其特征在于，所述反射镜具体包括：
高透镜面，用于将第一光学准直器输入的光的一部分输出给第二光学准直器，以及将第二光学准直器输入的光的一部分输出给第一光学准直器；
高反镜面，用于将第一光学准直器输入的光的一部分输出给第一光学准直器，以及将第二光学准直器输入的光的一部分输出给第二光学准直器。
3.根据权利要求1所述的环形谐振腔，其特征在于，所述第一光学调制器和所述第一光学准直器以反射镜为轴分别与所述第二光学调制器和所述第二光学准直器对称设置。
4.根据权利要求1所述的环形谐振腔，其特征在于，所述光子晶体光纤采用长度为1-3米的环形空气芯光子晶体光纤。
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