CN112857355B - 基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪及角速度确定方法 - Google Patents

基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪及角速度确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪及角速度确定方法，通过调节注入高Q值环形谐振腔的激光信号的偏振态，使分别以顺时针和逆时针两个方向注入高Q值环形谐振腔的激光信号均同时包含S偏振分量和P偏振分量，锁定过程采用基于偏振选择锁定方法，实现以顺时针和逆时针两个方向注入激光的频率分别与环形谐振腔中顺时针和逆时针方向的谐振频率的相对锁定，避免了剩余幅度调制的问题，解决了由此造成的误差信号的偏置，使得被动式激光陀螺仪中频率锁定点的精度得到了提高，并最终提高了被动式激光陀螺仪旋转测量精度。

Description

基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪及角速度确定方法
技术领域
本发明属于光学陀螺仪技术领域，更具体地，涉及一种基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪。
背景技术
激光陀螺仪基于Sagnac效应(萨格纳克效应)，被用于惯性导航、地球物理、基础物理等领域，具有分辨率高、稳定性好、动态范围广的特点。Sagnac效应于1913年由法国科学家Sagnac提出，在一个环形谐振腔中，如果系统在光的传播平面存在转动，那么顺时针(CW，Clockwise)方向传播的光与逆时针(CCW，Counter-Clockwise)方向传播的光走过的实际光程不相等，如果腔内两束相向传播的光同时跟环形谐振腔的同一谐振峰发生谐振，则它们的谐振频率会因为转动存在一个差值，称之为Sagnac频率。
在被动式无源谐振腔陀螺仪中，两束单色激光束围绕闭环光路相向传播，在高Q值环形谐振腔中谐振形成闭合光学环路，由于无源谐振腔陀螺仪腔内不存在增益介质，因此其需要依靠外部激光注入环形谐振腔内部来激发起振，一个必需的技术条件是两束激光的频率需要跟环形谐振腔的谐振频率保持锁定。现有技术公开的一种被动式无源腔陀螺仪锁定方法，采用腔长抖动调制解调的方法获得激光频率与腔谐振峰失谐的误差信号，通过反馈信号施加给压电陶瓷或者激光器保持注入激光源频率与环形谐振腔谐振。但是这种方法会限制反馈带宽，主要原因有两点：其一是光电探测器探测的是环形谐振腔的透射光，高Q值环形谐振腔中光子寿命比较长，注入激光最终透过环形谐振腔到达探测器会存在明显的延时，从而限制反馈环路的响应速度；其二是采用了腔长抖动调制，这种调制方法属于一种机械抖动调制，调制频率一般较低(千赫兹量级)，也会对反馈环路的响应速度构成限制，最终这种较低的响应带宽会限制被动式陀螺仪中的噪声抑制、共模抑制比等从而影响其性能。与此同时，这种低频的调制探测技术也会受到激光器的在低频段的幅度噪声的影响。
现有技术中的另一种锁定方法为Pound-Drever-Hall(PDH)锁定法。PDH锁定中对激光进行相位调制，相位调制后的激光注入环形谐振腔，通过光电探测器探测环形谐振腔的反射光并进行解调得到激光频率与环形谐振腔谐振峰失谐的误差信号，最终通过环路滤波器后进行反馈。PDH锁定的优点为：一是探测器探测的是环形谐振腔的反射光，不会有明显的时延；二是调制频率较高(兆赫兹量级)，可以获得很高的反馈带宽，可以对激光器噪声进行有效的抑制，同时较高的调制频率也可以规避激光器在低频段的幅度噪声的影响。但是这种PDH锁定方法也存在其不足之处，一是结构较复杂，器件众多；二是用于进行激光相位调制的电光调制器无法达到完美的相位调制，实际情形中通常伴随着幅度调制，这种效应一般被称为剩余幅度调制。剩余幅度调制来源于电光调制器中晶体双折射效应，受环境温度、光路标准具效应等影响较大，易造成锁定误差信号的偏置，且随时间变化，带来附加噪声，最终限制被动激光陀螺仪的性能。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪，其目的在于解决现有被动式陀螺仪频率锁定过程中的误差信号偏置和频率误差降低陀螺仪的测量精度的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪，所述被动式激光陀螺仪包括：激光源装置、偏振态调节装置、高Q值环形谐振腔装置、第一平衡探测及伺服装置、第二平衡探测及伺服装置以及拍频探测装置；
其中，所述激光源装置用于产生两束独立的激光，分别为第一激光信号和第二激光信号；
所述第一激光信号和第二激光信号经过所述偏振态调节装置后，均包含S偏振分量和P偏振分量；所述第一激光信号从CCW方向耦合到所述高Q值环形谐振腔装置，所述第二激光信号从CW方向耦合到所述高Q值环形谐振腔装置；
所述第一激光信号在所述高Q值环形谐振腔装置中沿CCW方向传播，所述第二激光信号在所述高Q值环形谐振腔装置中沿CW方向传播；
所述第一平衡探测及伺服装置探测从所述高Q值环形谐振腔装置出射的第一激光信号，获取所述第一激光信号的频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CCW方向的谐振频率之间的第一误差信号；并基于所述第一误差信号将所述第一激光信号的频率锁定至所述高Q值环形谐振腔装置中CCW方向的谐振频率上；其中，所述第一误差信号为在以所述第一激光信号的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考的情况下，另一偏振分量频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CCW方向的谐振峰频率之间的失谐量；
所述第二平衡探测及伺服装置探测从所述高Q值环形谐振腔装置出射的第二激光信号，获取所述第二激光信号的频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CW方向的谐振频率之间的第二误差信号；并基于所述第二误差信号将所述第二激光信号的频率锁定至所述高Q值环形谐振腔装置中CW方向的谐振频率上；其中，所述第二误差信号为在以所述第二激光信号的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考的情况下，另一偏振分量频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CW方向的谐振峰频率之间的失谐量；
所述拍频探测装置用于探测在所述高Q值环形谐振腔装内沿CCW方向传播的第一激光信号和沿CW方向传播的第二激光信号的拍频，并基于所述拍频确定所述被动式激光陀螺仪的旋转角速度。
优选地，所述高Q值环形谐振腔装置包括第一高反射率腔镜、第二高反射率腔镜、第三高反射率腔镜和第四高反射率腔镜；所述第一激光信号从所述第一高反射率腔镜注入所述高Q值环形谐振腔装置，所述第二激光信号从所述第四高反射率腔镜注入所述高Q值环形谐振腔装置；
所述第一平衡探测及伺服装置包括第一分光棱镜，第一反射镜，第一平衡型光电探测器和第一环路滤波器；
所述第一分光棱镜将从所述第一高反射率腔镜出射的第一激光信号分为P偏振光和S偏振光；所述第一平衡型光电探测器同时探测所述S偏振光和经过所述第一反射镜的P偏振光，获取所述第一激光信号的频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CCW方向的谐振频率之间的第一误差信号；所述第一环路滤波器与所述激光源装置连接，用于基于所述第一误差信号将所述第一激光信号的频率锁定至所述高Q值环形谐振腔装置中CCW方向的谐振频率上；
所述第二平衡探测及伺服装置包括第二分光棱镜，第二反射镜，第二平衡型光电探测器和第二环路滤波器；
所述第二分光棱镜将从所述第四高反射率腔镜出射的第二激光信号分为P偏振光和S偏振光，所述第二平衡型光电探测器同时探测所述S偏振光和经过所述第二反射镜的P偏振光，获取所述第二激光信号的频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CW方向的谐振频率之间的第二误差信号；所述第二环路滤波器与所述激光源装置连接，用于基于所述第二误差信号将所述第二激光信号的频率锁定至所述高Q值环形谐振腔装置中CW方向的谐振频率上。
优选地，所述激光源装置包括：第一激光器和第二激光器；
所述第一激光器输出第一激光信号，所述第二激光器输出第二激光信号；
所述第一环路滤波器与第一激光器连接；所述第二环路滤波器与第二激光器连接。
优选地，所述激光源装置包括：第一激光器、第三分光棱镜、第三反射镜、第一声光调制器、第一驱动信号源、第二声光调制器、第二驱动信号源，所述第一激光器输出的激光信号经过第三分光棱镜后被等分为第一激光信号和第二激光信号；
所述第一激光信号依次经过第三反射镜和第一声光调制器，输出至偏振态调节装置；所述第二激光信号经过第二声光调制器，输出至偏振态调节装置；
其中，所述第一环路滤波器与第一驱动信号源连接；所述第二环路滤波器与所述第二驱动信号源连接；或，所述第一环路滤波器与第一激光器连接；所述第二环路滤波器与所述第二驱动信号源连接；或，所述第一环路滤波器与第一驱动信号源连接；所述第二环路滤波器与所述第一激光器连接。
优选地，所述偏振态调节装置包括第一法拉第隔离器、第二法拉第隔离器、第一半波片、第二半波片、第一1/4波片和第二1/4波片；所述第一激光信号依次经过第一法拉第隔离器、第一半波片和第一1/4波片，从CCW方向耦合到环形谐振腔装置；所述第二激光信号依次经过第二法拉第隔离器、第二半波片和第二1/4波片，从CW方向耦合到环形谐振腔装置。
优选地，所述第一法拉第隔离器和第二法拉第隔离器分别用于防止所述第一激光信号和第二激光信号的回返光进入所述激光源装置；所述第一半波片和第一1/4波片、第二半波片和第二1/4波片分别用于调节所述第一激光信号和第二激光信号的偏振态，使所述第一激光信号和第二激光信号均包含S偏振分量和P偏振分量，且所述S偏振分量和P偏振分量之间保持稳定的相对相位关系。
优选地，所述拍频探测装置包括：第四反射镜、第五反射镜、第一合束器以及信号光电探测器；
所述第四反射镜用于调节从所述第三高反射率腔镜出射的第一激光信号的方向；所述第五反射镜用于调节从所述第三高反射率腔镜出射的第二激光信号的方向，所述第一合束器用与将所述第一激光信号和第二激光信号合束，所述信号光电探测器用于探测所述第一激光信号和第二激光信号的拍频，并基于所述拍频确定所述被动式激光陀螺仪的旋转角速度。
优选地，所述第四反射镜、第五反射镜和第一合束器为分体光学元件，或一体化合束棱镜。
按照本发明的另一方面，提供了一种基于偏振选择锁定的角速度确定方法，应用于如第一方面所述的被动式激光陀螺仪，包括：
S1：产生两束独立的激光，分别为第一激光信号和第二激光信号；
S2：调节所述第一激光信号和第二激光信号的偏振状态，使所述第一激光信号和第二激光信号均包含S偏振分量和P偏振分量；
S3：所述第一激光信号从CCW方向耦合到高Q值环形谐振腔装置，在所述高Q值环形谐振腔装置中沿CCW方向传播；所述第二激光信号从CW方向耦合到所述高Q值环形谐振腔装置，在所述高Q值环形谐振腔装置中沿CW方向传播；
S4：探测从所述高Q值环形谐振腔装置出射的第一激光信号，获取所述第一激光信号的频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CCW方向的谐振频率之间的第一误差信号；并基于所述第一误差信号将所述第一激光信号的频率锁定至所述高Q值环形谐振腔装置中CCW方向的谐振频率上；其中，所述第一误差信号为在以所述第一激光信号的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考的情况下，另一偏振分量频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CCW方向的谐振峰频率之间的失谐量；
探测从所述高Q值环形谐振腔装置出射的第二激光信号，获取所述第二激光信号的频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CW方向的谐振频率之间的第二误差信号；并基于所述第二误差信号将所述第二激光信号的频率锁定至所述高Q值环形谐振腔装置中CW方向的谐振频率上；其中，所述第二误差信号为在以所述第二激光信号的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考的情况下，另一偏振分量频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CW方向的谐振峰频率之间的失谐量；
S5：探测在所述高Q值环形谐振腔装置内沿CCW方向传播的第一激光信号和沿CW方向传播的第二激光信号的拍频，并基于所述拍频确定所述被动式激光陀螺仪的旋转角速度。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，通过调节注入高Q值环形谐振腔的激光信号的偏振态，使分别以顺时针和逆时针两个方向注入高Q值环形谐振腔的激光信号均同时包含S偏振分量和P偏振分量，锁定过程采用基于偏振选择锁定方法，利用注入激光信号的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考，得到另一偏振光的频率与高Q值环形谐振腔谐振峰频率的失谐量，以此作为该激光信号频率与所述高Q值环形谐振腔的谐振频率之间的误差信号，并对所误差信号进行补偿，实现以顺时针和逆时针两个方向注入激光的频率分别与环形谐振腔中顺时针和逆时针方向的谐振频率的相对锁定，避免了剩余幅度调制的问题，解决了由此造成的误差信号的偏置，使得被动式激光陀螺仪中频率锁定点的精度得到了提高，并最终提高了被动式激光陀螺仪旋转测量精度。此外，激光信号的频率锁定可通过反馈给激光器或声光调制器来实现，适用于多种类型的激光器，提高了陀螺仪的通用性。
附图说明
图1是本发明提供的基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪结构图之一；
图2是高Q值环形谐振腔光强反射曲线及误差信号图；
图3是本发明提供的基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪结构图之二；
图4是本发明提供的基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪结构图之三。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪，如图1所示(附图1中，粗实线表示光路，粗虚线表示电路)，所述被动式激光陀螺仪包括：
激光源装置100、偏振态调节装置200、高Q值环形谐振腔装置300、第一平衡探测及伺服装置401、第二平衡探测及伺服装置402以及拍频探测装置500；
其中，所述激光源装置100用于产生两束独立的激光，分别为第一激光信号1031和第二激光信号1032。
具体地，由激光源装置100出射的第一激光信号1031的频率为F1，由激光源100出射的第二激光信号1032的频率为F2。
所述激光源装置输出第一激光信号和第二激光信号通过模式匹配耦合到高Q值环形谐振腔的TEM00模式上，耦合采用常规光学元件，如反射镜、分光棱镜、凸透镜、凹透镜等。
所述第一激光信号1031和第二激光信号1032经过所述偏振态调节装置200后，均包含S偏振分量和P偏振分量；所述第一激光信号1031从CCW方向耦合到所述高Q值环形谐振腔装置300，所述第二激光信号1032从CW方向耦合到所述高Q值环形谐振腔装置300。
具体地，所述偏振态调节装置200用于调节所述第一激光信号1031和第二激光信号1032的偏振态，使之满足在S偏振和P偏振方向均有分量且它们之间存在稳定的相对相位关系。
所述第一激光信号1031在所述高Q值环形谐振腔装置300中沿CCW方向传播，所述第二激光信号1032在所述高Q值环形谐振腔装置300中沿CW方向传播。
具体地，所述高Q值环形谐振腔装置包括由四面高反射率腔镜第一高反镜3011、第二高反镜3012、第三高反镜3013、第四高反镜3014组成的光学环形腔，用来构建被动式激光陀螺仪干涉光路，该光学腔具有闭合的光路，提供通过转动调制光源的频率的装置，并在环形谐振腔中形成CW方向和CCW谐振方向的光束。
所述第一平衡探测及伺服装置401探测从所述高Q值环形谐振腔装置300出射的第一激光信号1031，获取所述第一激光信号1031的频率F1与所述高Q值环形谐振腔装置300中CCW方向的谐振频率FCCW之间的第一误差信号；并基于所述第一误差信号将所述第一激光信号1031的频率F1锁定至所述高Q值环形谐振腔装置300中CCW方向的谐振频率FCCW上，使得F1＝FCCW；其中，所述第一误差信号为在以所述第一激光信号1031的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考的情况下，另一偏振分量频率与所述高Q值环形谐振腔装置300中CCW方向的谐振峰频率之间的失谐量；
所述第二平衡探测及伺服装置402探测从所述高Q值环形谐振腔装置300出射的第二激光信号1032，获取所述第二激光信号1032的频率F2与所述高Q值环形谐振腔装置300中CW方向的谐振频率FCW之间的第二误差信号；并基于所述第二误差信号将所述第二激光信号1032的频率F2锁定至所述高Q值环形谐振腔装置300中CW方向的谐振频率FCW上，使得F2＝FCW；其中，所述第二误差信号为在以所述第二激光信号1032的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考的情况下，另一偏振分量频率与所述高Q值环形谐振腔装置300中CW方向的谐振峰频率之间的失谐量；
具体地，所述第一平衡探测及伺服装置和第二平衡探测及伺服装置，分别用于进行第一误差信号和第二误差信号的探测与提取，实现CWW和CW两个方向注入激光的频率(F1和F2)与环形谐振腔中CWW和CW方向的谐振频率(FCW和FCCW)的相对锁定。
锁定过程采用基于偏振选择锁定方法，即以第一激光信号的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考，获取另一偏振分量频率与所述高Q值环形谐振腔中CCW方向的谐振峰频率之间的失谐量，以此作为第一激光信号频率与所述高Q值环形谐振腔装置中的CCW方向的谐振频率之间的第一误差信号，根据所述第一误差信号将所述第一激光信号的频率锁定至高Q值环形谐振腔CCW方向的谐振峰上。所述第二激光信号频率同所述环形谐振腔装置CW方向的谐振频率FCW之间的相对锁定亦采用同样的方法。
图2是平衡型光电探测器所获得的高Q值环形谐振腔光强反射曲线及误差信号图。如图2所示，S偏振条件下环形谐振腔的Q值大于P偏振条件下环形谐振腔的Q值，S偏振条件下锁定误差信号信噪比高于P偏振条件下锁定误差信号；S偏振谐振峰与P偏振谐振峰在频率上分开，S偏振误差信号和P偏振误差信号符号相反，可用于选择不同偏振光与腔谐振峰的锁定。
由于高Q值环形谐振腔装置对于P偏振的光学损耗大于S偏振，优选地，以P偏振分量作为相位参考，S偏振分量频率与所述高Q值环形谐振腔中CCW或CW方向的谐振峰频率之间的失谐量作为第一激光或第二激光的频率与所述高Q值环形谐振腔装置中的CCW或CW方向的谐振频率之间的误差信号，根据所述误差信号将所述第一激光或第二激光锁定至高Q值环形谐振腔CCW或CW方向的谐振峰上。
所述拍频探测装置500用于探测在所述高Q值环形谐振腔装置300内沿CCW方向传播的第一激光信号1031和沿CW方向传播的第二激光信号1032的拍频，并基于所述拍频确定所述被动式激光陀螺仪的旋转角速度。
具体地，所述拍频探测装置500用来探测第一激光信号1031和第二激光信号1032的拍频，即其频率之差，也即Sagnac频率Fsagnac。
Sagnac频率正比于环形谐振腔相对于惯性空间转动的角速度，即：
Figure GDA0003750210900000111
其中Fsagnac是Sagnac频率，
Figure GDA0003750210900000112
是标度因子，A是环形谐振腔的环绕面积矢量，λ是激光的波长，P是环形谐振腔的周长，Ω是环形谐振腔的旋转角速度。
本发明提供的基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪，采用基于偏振选择锁定方法，利用注入激光信号的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考，得到另一偏振光的频率与高Q值环形谐振腔谐振峰频率的失谐量，以此作为该激光信号频率与所述高Q值环形谐振腔的谐振频率之间的误差信号，实现以顺时针和逆时针两个方向注入激光的频率分别与环形谐振腔中顺时针和逆时针方向的谐振频率的相对锁定，避免了剩余幅度调制的问题，解决了由此造成的误差信号的偏置，使得被动式激光陀螺仪中频率锁定点的精度得到了提高，并最终提高了被动式激光陀螺仪旋转测量精度。
基于上述实施例，优选地，所述高Q值环形谐振腔装置300包括第一高反射率腔镜3011、第二高反射率腔镜3012、第三高反射率腔镜3013和第四高反射率腔镜3014；所述第一激光信号1031从所述第一高反射率腔镜3011注入所述高Q值环形谐振腔装置300，所述第二激光信号1032从所述第四高反射率腔镜3014注入所述高Q值环形谐振腔装置300。
具体地，所述高Q值环形谐振腔装置包括由四面高反射率腔镜第一高反镜3011、第二高反镜3012、第三高反镜3013、第四高反镜3014组成的光学环形腔，用来构建被动式激光陀螺仪干涉光路，该光学腔具有闭合的光路，提供通过转动调制光源的频率的装置，并在环形谐振腔中形成CW方向和CCW谐振方向的光束。
基于上述任一实施例，所述第一平衡探测及伺服装置401包括第一分光棱镜4011，第一反射镜4012，第一平衡型光电探测器4013和第一环路滤波器4014；
所述第一分光棱镜4011将从所述第一高反射率腔镜3011出射的第一激光信号1031分为P偏振光和S偏振光；所述第一平衡型光电探测器4013同时探测所述S偏振光和经过所述第一反射镜4012的P偏振光，获取所述第一激光信号1031的频率F1与所述高Q值环形谐振腔装置300中CCW方向的谐振频率FCCW之间的第一误差信号；所述第一环路滤波器4014与所述激光源装置100连接，用于基于所述第一误差信号将所述第一激光信号1031的频率F1锁定至所述高Q值环形谐振腔装置300中CCW方向的谐振频率FCCW上，使得F1＝FCCW；
所述第二平衡探测及伺服装置402包括第二分光棱镜4021，第二反射镜4022，第二平衡型光电探测器4023和第二环路滤波器4024；
所述第二分光棱镜4021将从所述第四高反射率腔镜3014出射的第二激光信号1032分为P偏振光和S偏振光，所述第二平衡型光电探测器4023同时探测所述S偏振光和经过所述第二反射镜4022的P偏振光，获取所述第二激光信号1032的频率F2与所述高Q值环形谐振腔装置300中CW方向的谐振频率FCW之间的第二误差信号；所述第二环路滤波器4024与所述激光源装置100连接，用于基于所述第二误差信号将所述第二激光信号1032的频率F2锁定至所述高Q值环形谐振腔装置300中CW方向的谐振频率FCW上，使得F2＝FCW。
具体地，所述平衡探测及伺服装置包含平衡型光电探测器和环路滤波器，用于进行误差信号的探测与提取，以及实现CWW和CW两个方向注入激光的频率(F1和F2)与环形谐振腔中CWW和CW方向的谐振频率(FCW和FCCW)的相对锁定。
平衡型光电探测器用于第一激光信号或第二激光信号频率与高Q值环形谐振腔CCW方向或CW方向谐振峰之间的失谐量的探测，以所述失谐量作为获取所述第一激光信号或第二激光信号的频率与所述高Q值环形谐振腔中CCW方向或CW方向的谐振频率之间的误差信号。
环路滤波器作为伺服回路，以对获取的误差信号进行积分，并将第一激光信号和第二激光信号频率锁定至环形谐振腔谐振峰频率FCW和FCCW上，实现对误差信号的补偿，使得F1＝FCCW，F2＝FCW。
基于上述任一实施例，优选地，所述激光源装置100包括：第一激光器1011和第二激光器1012；所述第一激光器1011输出第一激光信号1031，所述第二激光器1012输出第二激光信号1032；所述第一环路滤波器4014与第一激光器1011连接；所述第二环路滤波器4024与第二激光器1012连接。
具体地，如图3(附图3中，粗实线表示光路，粗虚线表示电路)所示，所述激光源装置由两台独立的激光器组成，即第一激光器1011和第二激光器1012，其输出激光信号分别为第一激光信号和第二激光信号，用以作为两束光源分别从CCW和CW方向耦合到高Q值环形谐振腔装置。
基于上述任一实施例，优选地，所述激光源装置100包括：第一激光器1011、第三分光棱镜1021、第三反射镜1022、第一声光调制器1023、第一驱动信号源1024、第二声光调制器1025、第二驱动信号源1026，所述第一激光器1011输出的激光信号经过第三分光棱镜1021后被等分为第一激光信号1031和第二激光信号1032。
具体地，所述第一激光器1011可以为半导体激光器、Nd:YAG固体激光器、光纤激光器或自由电子激光器中的任一种。
所述第三分光棱镜1021、第三反射镜1022、第一驱动信号源1024、第二驱动信号源1026可采用常规光学和电学元件。
所述第一声光调制器1023和第二声光调制器1025用来进行激光频率的上移或者下移，可采用常规元件；优选地，可采用光纤或波导型元件。
所述第一激光信号1031依次经过第三反射镜1022和第一声光调制器1023，输出至偏振态调节装置200；所述第二激光信号1032经过第二声光调制器1025，输出至偏振态调节装置200。
具体地，所述偏振态调节装置200用于调节所述第一激光信号1031和第二激光信号1032的偏振态，使之满足在S偏振和P偏振方向均有分量且它们之间存在稳定的相对相位关系。
其中，所述第一环路滤波器4014与第一驱动信号源1024连接；所述第二环路滤波器4024与所述第二驱动信号源1026连接。
具体地，所述第一激光信号1031的频率锁定可通过反馈给第一激光器1011或第一声光调制器1023来实现；若通过反馈给第一声光调制器来实现，则如图4所示，所述第一环路滤波器4014与第一驱动信号源1024连接，以将所述第一激光信号1031的频率锁定反馈至第一声光调制器1023。
同样地，所述第二激光信号1032的频率锁定可通过反馈给第二激光器1011或第二声光调制器1025来实现；若通过反馈给第二声光调制器来实现，则如图4(附图4中，粗实线表示光路，粗虚线表示电路)所示，所述第二环路滤波器4024与第二驱动信号源1026连接，以将所述第二激光信号1032的频率锁定反馈至第二声光调制器1025。
可以理解的是，若第一激光器本身较为稳定，例如：第一激光器为固体激光器，其控制带宽可能不够，则采用如图4所示的方式，将第一环路滤波器与第一驱动信号源连接、第二环路滤波器与第二驱动信号源连接，采用第一信号源和第二信号源之类的外部反馈实现对第一激光信号和第二激光信号的频率锁定。
或，所述第一环路滤波器4014与第一激光器1011连接；所述第二环路滤波器4024与所述第二驱动信号源1026连接。
具体地，若所述第一激光信号1031的频率锁定通过反馈给第一激光器实现，则如图1所示，所述第一环路滤波器4014与第一激光器1011连接，所述第二环路滤波器4024与所述第二驱动信号源1026连接。
可以理解的是，若第一激光器噪声较大，例如：第一激光器为半导体激光器，其控制带宽较宽，则采用如图1所示的方式。
或，所述第一环路滤波器4014与第一驱动信号源1024连接；所述第二环路滤波器4024与所述第一激光器1011连接。
具体地，若所述第二激光信号1032的频率锁定通过反馈给第一激光器实现，则所述第二环路滤波器4024与第一激光器1011连接，所述第一环路滤波器4014与所述第一驱动信号源1024连接。
本发明提供的基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪，第一激光信号的和第二激光信号的频率锁定均可通过反馈给激光器或声光调制器来实现，适用于多种类别的激光器，提高了陀螺仪的通用性。
基于上述任一实施例，优选地，所述偏振态调节装置200包括第一法拉第隔离器2011、第二法拉第隔离器2021、第一半波片2012、第二半波片2022、第一1/4波片2013和第二1/4波片2023；所述第一激光信号1031依次经过第一法拉第隔离器2011、第一半波片2012和第一1/4波片2013，从CCW方向耦合到环形谐振腔装置300；所述第二激光信号1032依次经过第二法拉第隔离器2021、第二半波片2022和第二1/4波片2023，从CW方向耦合到环形谐振腔装置300。
具体地，所述第一法拉第隔离器2011和第二法拉第隔离器2021均包含高消光比偏振元件，可分别提纯第一激光信号1031和第二激光信号1032的线偏振消光比；优选地，激光线偏振消光比可优于106。
所述第一半波片2012、第二半波片2022、第一1/4波片2013和第二1/4波片2023分别用来调节第一激光信号1031和第二激光信号1032的偏振态，使之满足在S偏振和P偏振方向均有分量且它们之间存在稳定的相对相位关系。
优选地，所述第一半波片和第一1/4波片、第二半波片和第二1/4波片可采用液晶元件进行电控调节。
本发明提供的基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪，通过法拉第隔离器有效防止回返光进入激光源装置的同时还可对激光信号进行提纯，进一步提高了陀螺仪的测量精度。
基于上述任一实施例，优选地，所述第一法拉第隔离器2011和第二法拉第隔离器2021分别用于防止所述第一激光信号1031和第二激光信号1032的回返光进入所述激光源装置100；所述第一半波片2012和第一1/4波片2013、第二半波片2022和第二1/4波片2023分别用于调节所述第一激光信号1031和第二激光信号1032的偏振态，使所述第一激光信号1031和第二激光信号1032均包含S偏振分量和P偏振分量，且所述S偏振分量和P偏振分量之间保持稳定的相对相位关系。
具体地，所述S偏振分量和P偏振分量之间保持稳定的相对相位关系，即所述S偏振分量和P偏振分量之间存在确定的相位差。
基于上述任一实施例，优选地，所述拍频探测装置500包括：第四反射镜5011、第五反射镜5012、第一合束器5013以及信号光电探测器5014；
所述第四反射镜5011用于调节从所述第三高反射率腔镜3013出射的第一激光信号1031的方向；所述第五反射镜5012用于调节从所述第三高反射率腔镜3013出射的第二激光信号1032的方向，所述第一合束器5013用与将所述第一激光信号1031和第二激光信号1032合束，所述信号光电探测器5014用于探测所述第一激光信号1031和第二激光信号1032的拍频，并基于所述拍频确定所述被动式激光陀螺仪的旋转角速度。
具体地，如图1所示，所述信号光电探测器5014基于所述第一激光信号1031和第二激光信号1032合束后的光信号，探测所述第一激光信号1031和第二激光信号1032的拍频。
由于沿CCW方向传播的第一激光信号和沿CW方向传播的第二激光信号频率与高Q值环形谐振腔同一纵模发生谐振，因此所述第一激光信号1031的频率和第二激光信号1032的频率之间存在差值，它们频率之差等于Sagnac频率Fsagnac。即Fsagnac＝|FCW-FCCW|，其中，Sagnac信号Fsagnac可以利用拍频探测装置从腔后两个方向的溢出光拍频探测得到。
基于上述任一实施例，优选地，所述第四反射镜5011、第五反射镜5012和第一合束器5013为分体光学元件，或一体化合束棱镜。
具体地，所述第四反射镜5011、第五反射镜5012和第一合束器5013可以为分体光学元件，也可以为一体化合束棱镜，可根据实际需求进行选择。
本发明还提供了一种基于偏振选择锁定的角速度确定方法，应用于上述任一实施例所述的被动式激光陀螺仪，包括：
S1：产生两束独立的激光，分别为第一激光信号和第二激光信号。
具体地，激光源装置产生两束独立的激光，分别为第一激光信号和第二激光信号。由激光源装置出射的第一激光信号的频率为F1，由激光源出射的第二激光信号1的频率为F2。
S2：调节所述第一激光信号和第二激光信号的偏振状态，使所述第一激光信号和第二激光信号均包含S偏振分量和P偏振分量。
具体地，偏振态调节装置调节所述第一激光信号和第二激光信号的偏振状态，使所述第一激光信号和第二激光信号均包含S偏振分量和P偏振分量，使之满足在S偏振和P偏振方向均有分量且它们之间存在稳定的相对相位关系。
S3：所述第一激光信号从CCW方向耦合到高Q值环形谐振腔装置，在所述高Q值环形谐振腔装置中沿CCW方向传播；所述第二激光信号从CW方向耦合到所述高Q值环形谐振腔装置，在所述高Q值环形谐振腔装置中沿CW方向传播；
具体地，所述高Q值环形谐振腔装置包括由四面高反射率腔镜第一高反镜、第二高反镜、第三高反镜、第四高反镜组成的光学环形腔，用来构建被动式激光陀螺仪干涉光路，该光学腔具有闭合的光路，提供通过转动调制光源的频率的装置，并在环形谐振腔中形成CW方向和CCW谐振方向的光束。
S4：探测从所述高Q值环形谐振腔装置出射的第一激光信号，获取所述第一激光信号的频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CCW方向的谐振频率之间的第一误差信号；并基于所述第一误差信号将所述第一激光信号的频率锁定至所述高Q值环形谐振腔装置中CCW方向的谐振频率上；其中，所述第一误差信号为在以所述第一激光信号的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考的情况下，另一偏振分量频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CCW方向的谐振峰频率之间的失谐量；
探测从所述高Q值环形谐振腔装置出射的第二激光信号，获取所述第二激光信号的频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CW方向的谐振频率之间的第二误差信号；并基于所述第二误差信号将所述第二激光信号的频率锁定至所述高Q值环形谐振腔装置中CW方向的谐振频率上；其中，所述第二误差信号为在以所述第二激光信号的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考的情况下，另一偏振分量频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CW方向的谐振峰频率之间的失谐量。
具体地，第一平衡探测及伺服装置和第二平衡探测及伺服装置，分别用于进行第一误差信号和第二误差信号的探测与提取，实现CWW和CW两个方向注入激光的频率(F1和F2)与环形谐振腔中CWW和CW方向的谐振频率(FCW和FCCW)的相对锁定。
锁定过程采用基于偏振选择锁定方法，即以第一激光信号的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考，获取另一偏振分量频率与所述高Q值环形谐振腔中CCW方向的谐振峰频率之间的失谐量，以此作为第一激光信号频率与所述高Q值环形谐振腔装置中的CCW方向的谐振频率之间的第一误差信号，根据所述第一误差信号将所述第一激光信号的频率锁定至高Q值环形谐振腔CCW方向的谐振峰上。所述第二激光信号频率同所述环形谐振腔装置CW方向的谐振频率FCW之间的相对锁定亦采用同样的方法。
S5：探测在所述高Q值环形谐振腔装置内沿CCW方向传播的第一激光信号和沿CW方向传播的第二激光信号的拍频，并基于所述拍频确定所述被动式激光陀螺仪的旋转角速度。
具体地，拍频探测装置探测第一激光信号和第二激光信号的拍频，即其频率之差，也即Sagnac频率Fsagnac。
Sagnac频率正比于环形谐振腔相对于惯性空间转动的角速度，即：
Figure GDA0003750210900000191
其中Fsagnac是Sagnac频率，
Figure GDA0003750210900000192
是标度因子，A是环形谐振腔的环绕面积矢量，λ是激光的波长，P是环形谐振腔的周长，Ω是环形谐振腔的旋转角速度。
本发明提供的基于偏振选择锁定的角速度确定方法，利用注入激光信号的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考，得到另一偏振光的频率与高Q值环形谐振腔谐振峰频率的失谐量，以此作为该激光信号频率与所述高Q值环形谐振腔的谐振频率之间的误差信号，实现以顺时针和逆时针两个方向注入激光的频率分别与环形谐振腔中顺时针和逆时针方向的谐振频率的相对锁定，避免了剩余幅度调制的问题，解决了由此造成的误差信号的偏置，使得被动式激光陀螺仪中频率锁定点的精度得到了提高，并最终提高了被动式激光陀螺仪旋转测量精度。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪，其特征在于，所述被动式激光陀螺仪包括：激光源装置(100)、偏振态调节装置(200)、高Q值环形谐振腔装置(300)、第一平衡探测及伺服装置(401)、第二平衡探测及伺服装置(402)以及拍频探测装置(500)；
其中，所述激光源装置(100)用于产生两束独立的激光，分别为第一激光信号(1031)和第二激光信号(1032)；
所述第一激光信号(1031)和第二激光信号(1032)经过所述偏振态调节装置(200)后，均包含S偏振分量和P偏振分量；所述第一激光信号(1031)从CCW方向耦合到所述高Q值环形谐振腔装置(300)，所述第二激光信号(1032)从CW方向耦合到所述高Q值环形谐振腔装置(300)；
所述第一激光信号(1031)在所述高Q值环形谐振腔装置(300)中沿CCW方向传播，所述第二激光信号(1032)在所述高Q值环形谐振腔装置(300)中沿CW方向传播；
所述第一平衡探测及伺服装置(401)探测从所述高Q值环形谐振腔装置(300)出射的第一激光信号(1031)，获取所述第一激光信号(1031)的频率与所述高Q值环形谐振腔装置(300)中CCW方向的谐振频率之间的第一误差信号；并基于所述第一误差信号将所述第一激光信号(1031)的频率锁定至所述高Q值环形谐振腔装置(300)中CCW方向的谐振频率上；其中，所述第一误差信号为在以所述第一激光信号(1031)的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考的情况下，另一偏振分量频率与所述高Q值环形谐振腔装置(300)中CCW方向的谐振峰频率之间的失谐量；
所述第二平衡探测及伺服装置(402)探测从所述高Q值环形谐振腔装置(300)出射的第二激光信号(1032)，获取所述第二激光信号(1032)的频率与所述高Q值环形谐振腔装置(300)中CW方向的谐振频率之间的第二误差信号；并基于所述第二误差信号将所述第二激光信号(1032)的频率锁定至所述高Q值环形谐振腔装置(300)中CW方向的谐振频率上；其中，所述第二误差信号为在以所述第二激光信号(1032)的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考的情况下，另一偏振分量频率与所述高Q值环形谐振腔装置(300)中CW方向的谐振峰频率之间的失谐量；
所述拍频探测装置(500)用于探测在所述高Q值环形谐振腔装置(300)内沿CCW方向传播的第一激光信号(1031)和沿CW方向传播的第二激光信号(1032)的拍频，并基于所述拍频确定所述被动式激光陀螺仪的旋转角速度。
2.如权利要求1所述的基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪，其特征在于，所述高Q值环形谐振腔装置(300)包括第一高反射率腔镜(3011)、第二高反射率腔镜(3012)、第三高反射率腔镜(3013)和第四高反射率腔镜(3014)；所述第一激光信号(1031)从所述第一高反射率腔镜(3011)注入所述高Q值环形谐振腔装置(300)，所述第二激光信号(1032)从所述第四高反射率腔镜(3014)注入所述高Q值环形谐振腔装置(300)。
3.如权利要求2所述的基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪，其特征在于，所述第一平衡探测及伺服装置(401)包括第一分光棱镜(4011)，第一反射镜(4012)，第一平衡型光电探测器(4013)和第一环路滤波器(4014)；
所述第一分光棱镜(4011)将从所述第一高反射率腔镜(3011)出射的第一激光信号(1031)分为P偏振光和S偏振光；所述第一平衡型光电探测器(4013)同时探测所述S偏振光和经过所述第一反射镜(4012)的P偏振光，获取所述第一激光信号(1031)的频率与所述高Q值环形谐振腔装置(300)中CCW方向的谐振频率之间的第一误差信号；所述第一环路滤波器(4014)与所述激光源装置(100)连接，用于基于所述第一误差信号将所述第一激光信号(1031)的频率锁定至所述高Q值环形谐振腔装置(300)中CCW方向的谐振频率上；
所述第二平衡探测及伺服装置(402)包括第二分光棱镜(4021)，第二反射镜(4022)，第二平衡型光电探测器(4023)和第二环路滤波器(4024)；
所述第二分光棱镜(4021)将从所述第四高反射率腔镜(3014)出射的第二激光信号(1032)分为P偏振光和S偏振光，所述第二平衡型光电探测器(4023)同时探测所述S偏振光和经过所述第二反射镜(4022)的P偏振光，获取所述第二激光信号(1032)的频率与所述高Q值环形谐振腔装置(300)中CW方向的谐振频率之间的第二误差信号；所述第二环路滤波器(4024)与所述激光源装置(100)连接，用于基于所述第二误差信号将所述第二激光信号(1032)的频率锁定至所述高Q值环形谐振腔装置(300)中CW方向的谐振频率上。
4.如权利要求3所述的基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪，其特征在于，所述激光源装置(100)包括：第一激光器(1011)和第二激光器(1012)；
所述第一激光器(1011)输出第一激光信号(1031)，所述第二激光器(1012)输出第二激光信号(1032)；
所述第一环路滤波器(4014)与第一激光器(1011)连接；所述第二环路滤波器(4024)与第二激光器(1012)连接。
5.如权利要求3所述的基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪，其特征在于，所述激光源装置(100)包括：第一激光器(1011)、第三分光棱镜(1021)、第三反射镜(1022)、第一声光调制器(1023)、第一驱动信号源(1024)、第二声光调制器(1025)、第二驱动信号源(1026)，所述第一激光器(1011)输出的激光信号经过第三分光棱镜(1021)后被等分为第一激光信号(1031)和第二激光信号(1032)；
所述第一激光信号(1031)依次经过第三反射镜(1022)和第一声光调制器(1023)，输出至偏振态调节装置(200)；所述第二激光信号(1032)经过第二声光调制器(1025)，输出至偏振态调节装置(200)；
其中，所述第一环路滤波器(4014)与第一驱动信号源(1024)连接；所述第二环路滤波器(4024)与所述第二驱动信号源(1026)连接；或，所述第一环路滤波器(4014)与第一激光器(1011)连接；所述第二环路滤波器(4024)与所述第二驱动信号源(1026)连接；或，所述第一环路滤波器(4014)与第一驱动信号源(1024)连接；所述第二环路滤波器(4024)与所述第一激光器(1011)连接。
6.如权利要求1所述的基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪，其特征在于，所述偏振态调节装置(200)包括第一法拉第隔离器(2011)、第二法拉第隔离器(2021)、第一半波片(2012)、第二半波片(2022)、第一1/4波片(2013)和第二1/4波片(2023)；所述第一激光信号(1031)依次经过第一法拉第隔离器(2011)、第一半波片(2012)和第一1/4波片(2013)，从CCW方向耦合到环形谐振腔装置(300)；所述第二激光信号(1032)依次经过第二法拉第隔离器(2021)、第二半波片(2022)和第二1/4波片(2023)，从CW方向耦合到环形谐振腔装置(300)。
7.如权利要求6所述的基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪，其特征在于，所述第一法拉第隔离器(2011)和第二法拉第隔离器(2021)分别用于防止所述第一激光信号(1031)和第二激光信号(1032)的回返光进入所述激光源装置(100)；所述第一半波片(2012)和第一1/4波片(2013)、第二半波片(2022)和第二1/4波片(2023)分别用于调节所述第一激光信号(1031)和第二激光信号(1032)的偏振态，使所述第一激光信号(1031)和第二激光信号(1032)均包含S偏振分量和P偏振分量，且所述S偏振分量和P偏振分量之间保持稳定的相对相位关系。
8.如权利要求2所述的基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪，其特征在于，所述拍频探测装置(500)包括：第四反射镜(5011)、第五反射镜(5012)、第一合束器(5013)以及信号光电探测器(5014)；
所述第四反射镜(5011)用于调节从所述第三高反射率腔镜(3013)出射的第一激光信号(1031)的方向；所述第五反射镜(5012)用于调节从所述第三高反射率腔镜(3013)出射的第二激光信号(1032)的方向，所述第一合束器(5013)用与将所述第一激光信号(1031)和第二激光信号(1032)合束，所述信号光电探测器(5014)用于探测所述第一激光信号(1031)和第二激光信号(1032)的拍频，并基于所述拍频确定所述被动式激光陀螺仪的旋转角速度。
9.如权利要求8所述的基于偏振选择锁定的被动式激光陀螺仪，其特征在于，所述第四反射镜(5011)、第五反射镜(5012)和第一合束器(5013)为分体光学元件，或一体化合束棱镜。
10.一种基于偏振选择锁定的角速度确定方法，应用于如权利要求1-9任一项所述的被动式激光陀螺仪，其特征在于，包括：
S1：产生两束独立的激光，分别为第一激光信号和第二激光信号；
S2：调节所述第一激光信号和第二激光信号的偏振状态，使所述第一激光信号和第二激光信号均包含S偏振分量和P偏振分量；
S3：所述第一激光信号从CCW方向耦合到高Q值环形谐振腔装置，在所述高Q值环形谐振腔装置中沿CCW方向传播；所述第二激光信号从CW方向耦合到所述高Q值环形谐振腔装置，在所述高Q值环形谐振腔装置中沿CW方向传播；
S4：探测从所述高Q值环形谐振腔装置出射的第一激光信号，获取所述第一激光信号的频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CCW方向的谐振频率之间的第一误差信号；并基于所述第一误差信号将所述第一激光信号的频率锁定至所述高Q值环形谐振腔装置中CCW方向的谐振频率上；其中，所述第一误差信号为在以所述第一激光信号的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考的情况下，另一偏振分量频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CCW方向的谐振峰频率之间的失谐量；
探测从所述高Q值环形谐振腔装置出射的第二激光信号，获取所述第二激光信号的频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CW方向的谐振频率之间的第二误差信号；并基于所述第二误差信号将所述第二激光信号的频率锁定至所述高Q值环形谐振腔装置中CW方向的谐振频率上；其中，所述第二误差信号为在以所述第二激光信号的S偏振分量和P偏振分量中的任一偏振分量作为相位参考的情况下，另一偏振分量频率与所述高Q值环形谐振腔装置中CW方向的谐振峰频率之间的失谐量；
S5：探测在所述高Q值环形谐振腔装置内沿CCW方向传播的第一激光信号和沿CW方向传播的第二激光信号的拍频，并基于所述拍频确定所述被动式激光陀螺仪的旋转角速度。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113916211B (zh) * 2021-09-13 2022-09-27 华中科技大学 一种基于临界耦合环形腔的被动式激光陀螺仪
CN114966084B (zh) * 2022-05-27 2023-06-09 东南大学 一种环形谐振腔的谐振频率锁定方法
CN115127533B (zh) * 2022-08-31 2022-11-18 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种基于谐振陀螺振型旋转调制下的误差拟合补偿方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4718766A (en) * 1985-02-05 1988-01-12 Greenstein Howard B Stabilized ring laser bias system
US5100236A (en) * 1985-02-14 1992-03-31 Rockwell International Corporation Two servo loop passive ring laser gyroscope
CN101149263A (zh) * 2007-10-30 2008-03-26 哈尔滨工业大学 一种基于慢光效应的光学陀螺
CN106123886A (zh) * 2016-08-23 2016-11-16 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种激光陀螺环形谐振腔光路准直装置及方法
CN107843248A (zh) * 2017-09-01 2018-03-27 长春理工大学 自注入锁定谐振式光学陀螺及其工作方法
CN109556591A (zh) * 2018-11-22 2019-04-02 华中科技大学 一种基于超稳激光的被动式激光陀螺仪
CN110186448A (zh) * 2019-05-09 2019-08-30 南京博内特信息科技有限公司 一种用于无人驾驶导航芯片的环形激光陀螺仪
CN111780738A (zh) * 2020-06-05 2020-10-16 华中科技大学 一种基于相敏外差测量的被动式激光陀螺仪

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9001336B1 (en) * 2013-10-07 2015-04-07 Honeywell International Inc. Methods and apparatus of tracking/locking resonator free spectral range and its application in resonator fiber optic gyroscope

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4718766A (en) * 1985-02-05 1988-01-12 Greenstein Howard B Stabilized ring laser bias system
US5100236A (en) * 1985-02-14 1992-03-31 Rockwell International Corporation Two servo loop passive ring laser gyroscope
CN101149263A (zh) * 2007-10-30 2008-03-26 哈尔滨工业大学 一种基于慢光效应的光学陀螺
CN106123886A (zh) * 2016-08-23 2016-11-16 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种激光陀螺环形谐振腔光路准直装置及方法
CN107843248A (zh) * 2017-09-01 2018-03-27 长春理工大学 自注入锁定谐振式光学陀螺及其工作方法
CN109556591A (zh) * 2018-11-22 2019-04-02 华中科技大学 一种基于超稳激光的被动式激光陀螺仪
CN110186448A (zh) * 2019-05-09 2019-08-30 南京博内特信息科技有限公司 一种用于无人驾驶导航芯片的环形激光陀螺仪
CN111780738A (zh) * 2020-06-05 2020-10-16 华中科技大学 一种基于相敏外差测量的被动式激光陀螺仪

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Development and Evaluation of Optical Passive Resonant Gyroscopes;Ma Huilian et al.;《Development and Evaluation of Optical Passive Resonant Gyroscopes》;20160707;第35卷(第16期);3546 - 3554 *
Long-term digital frequency-stabilized laser source for large-scale passive laser gyroscopes;Zhang Fenglei et al.;《Review of Scientific Instruments》;20200131;第91卷(第1期);1-10 *
四频差动激光陀螺差分偏振损耗研究;党敏等;《激光与光电子学进展》;20200229;第57卷(第3期);1-5 *

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