[发明专利]基于宽带可调谐光电振荡器的角速度测量装置和方法

说明书

本发明提供了一种基于宽带可调谐光电振荡器的角速度测量装置和方法。该装置包括：光源、第一光耦合器、可调节光延迟线、第一光环形器、第二光环形器、Sagnac环、第二光耦合器、光调制器、色散元件、光电探测器、微波放大器和功分器。本发明通过将Sagnac环由第一光环形器和第二光环形器连接在马赫曾德尔干涉仪(MZI)的两个臂之间，使Sagnac效应引起的相位变化转化为MZI输出干涉信号的自由光谱范围(FSR)变化，进而映射为光电振荡器产生微波信号的频率变化；因此通过监测光电振荡器输出微波信号的频率变化可获得Sagnac环旋转的角速度。本发明利用微波光子滤波技术，可在提高测量灵敏度的同时，增大角速度测量的范围；且具有结构简单、成本低等优点。

技术领域

本发明涉及角速度测量和微波光子技术领域，尤其涉及一种基于宽带可调谐光电振荡器的角速度测量装置和方法。

背景技术

角速度测量技术作为惯性系统中的一个重要部分，在军事、航海航空、通信、工业和民用导航等领域具有广泛的应用。基于光学技术的角速度测量方案因其测量精度高、重量轻、动态范围大等优点，受到国内外相关学者的广泛关注和研究。其基本原理是基于Sagnac效应[E J Post.Sagnac effect.Reviews of Modern Physics，1967，39(2)：475-493.]，即在光环路中沿正反向传输的两束光在光环路旋转状态下会产生一个与旋转角速度相关的相位差。自Sagnac效应被首次发现和报道后，人们不断探索利用该效应进行角速度测量的方案。

最初的基于光学技术的角速度测量方案为环形激光腔，其在旋转状态下，会产生沿环路正反向传输的两束激光，通过测量该两束光的频差即可获得角速度。基于环形激光腔的角速度测量方案因为将相位差转换成频率差，因此测量灵敏度高，但系统比较复杂，制作成本高，且存在闭锁效应，需要采用一些其他的方法来消除该效应。

随着光纤及其制造技术的发展和成熟，基于光纤环路的角速度测量方案不断出现。目前技术比较成熟的方案为基于干涉式光纤结构的角速度测量方案，其通过光纤环路中沿相反方向传输的两束光的相位差来测量角速度。一般来说，该方案测量灵敏度较低。为了提高测量灵敏度，一些学者将沿环路传输的光信号替换为原子或者离散的光子对，也有的学者利用四波混频效应代替传统的光分束器，将光束分离成两束。但利用这些方案，灵敏度提高程度有限，或者系统变得比较复杂，难以在实际中应用。

现有技术中，基于谐振式的光纤结构成为人们研究的热点，其与基于环形激光腔的角速度测量方案一样，利用频率差来测量角速度，因此测量灵敏度较高，且该方案采用光纤环路，不需要精密的制造工艺，但这种方案的测量性能与谐振腔的品质因数(Q值)有关，且需要复杂的解调和反馈结构来获得角速度，因此为了实现实用化，还有很多问题需要解决。另外，也有一些基于慢光和受激布里渊散射等效应进行角速度测量的方案。

因此，有必要设计一种微波光子滤波器，通过光环路来感知旋转角速度，采用光电振荡器将Sagnac效应引起的相位变化转换为其产生微波信号的频率变化，降低系统复杂度、提高角速度测量的灵敏度和动态范围。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于宽带可调谐光电振荡器的角速度测量装置和方法，以解决上述背景技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明的一方面，提供了一种基于宽带可调谐光电振荡器的角速度测量装置。

本发明的实施例提供的一种基于宽带可调谐光电振荡器的角速度测量装置，其特征在于，该装置包括：光源、第一光耦合器、可调节光延迟线、第一光环形器、第二光环形器、Sagnac环、第二光耦合器、光调制器、色散元件、光电探测器、微波放大器和功分器；其中

所述光源采用宽谱光源，其输出端连接所述第一光耦合器；