[发明专利]基于宇称-时间对称的超灵敏角速度传感器及测量方法

权利要求书

1.一种基于宇称-时间对称的超灵敏角速度传感器，其特征在于：包括第一窄线宽激光器(1a)、第二窄线宽激光器(1b)、第一隔离器(2a)、第二隔离器(2b)、第一偏振控制器(3a)、第二偏振控制器(3b)、光纤耦合器(4a)、波分复用器(4b)、第一光纤锥(5a)、第二光纤锥(5b)、第一光纤环形谐振腔(6a)、第二光纤环形谐振腔(6b)、可调谐耦合器(7)、第一光电探测器(8a)、第二光电探测器(8b)、双踪示波器(9)、计算机(10)；

第一窄线宽激光器(1a)为可调谐窄线宽激光器；第一窄线宽激光器(1a)的出射端与第一隔离器(2a)的入射端连接；第一隔离器(2a)的出射端通过第一偏振控制器(3a)与第一光纤锥(5a)的首端连接；第一光纤锥(5a)的尾端与第一光电探测器(8a)的入射端连接；第一光纤环形谐振腔(6a)通过光纤耦合器(4a)与第一光纤锥(5a)耦合；

第二窄线宽激光器(1b)的出射端与第二隔离器(2b)的入射端连接；第二隔离器(2b)的出射端通过第二偏振控制器(3b)与第二光纤锥(5b)的首端连接；第二光纤锥(5b)的尾端与第二光电探测器(8b)的入射端连接；第二光纤环形谐振腔(6b)一方面通过波分复用器(4b)与第二光纤锥(5b)耦合，另一方面通过可调谐耦合器(7)与第一光纤环形谐振腔(6a)耦合；第二光纤环形谐振腔(6b)中掺杂有一段稀土离子铒；

第一光电探测器(8a)的信号输出端和第二光电探测器(8b)的信号输出端分别与双踪示波器(9)的两个信号输入端连接；双踪示波器(9)的信号输出端与计算机(10)的信号输入端连接。

2.一种基于宇称-时间对称的超灵敏角速度测量方法，该方法是基于如权利要求1所述的基于宇称-时间对称的超灵敏角速度传感器实现的，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：

首先，启动第一窄线宽激光器(1a)和第二窄线宽激光器(1b)；第一窄线宽激光器(1a)发出1550nm波段的探测光，探测光依次经第一隔离器(2a)、第一偏振控制器(3a)、第一光纤锥(5a)、光纤耦合器(4a)、第一光纤环形谐振腔(6a)、光纤耦合器(4a)、第一光纤锥(5a)入射到第一光电探测器(8a)，然后经第一光电探测器(8a)转换为第一路电信号；同时，第二窄线宽激光器(1b)发出980nm波段的泵浦光，泵浦光依次经第二隔离器(2b)、第二偏振控制器(3b)、第二光纤锥(5b)、波分复用器(4b)、第二光纤环形谐振腔(6b)、波分复用器(4b)、第二光纤锥(5b)入射到第二光电探测器(8b)，然后经第二光电探测器(8b)转换为第二路电信号；当泵浦光经过第二光纤环形谐振腔(6b)时，泵浦光使得第二光纤环形谐振腔(6b)中的铒离子产生粒子数反转，由此为经过第一光纤环形谐振腔(6a)的探测光提供增益；两路电信号均传输至双踪示波器(9)，并经双踪示波器(9)转换为透射谱；透射谱一方面显示于双踪示波器(9)上，另一方面传输至计算机(10)；

然后，调控传感器并使其达到奇异点；具体调控步骤如下：先调节第二光纤环形谐振腔(6b)的谐振频率点并使其达到稳定，再利用压电陶瓷对第一光纤环形谐振腔(6a)施加轴向应力，并通过调节压电陶瓷的驱动电压来调节第一光纤环形谐振腔(6a)的谐振频率点，由此使得第一光纤环形谐振腔(6a)的谐振频率点和第二光纤环形谐振腔(6b)的谐振频率点相重合；然后，一方面通过调节第二窄线宽激光器(1b)的输出光功率来调节第二光纤环形谐振腔(6b)中的光学增益，另一方面利用可调谐耦合器(7)来调节第二光纤环形谐振腔(6b)与第一光纤环形谐振腔(6a)之间的耦合强度，由此使得增益和损耗相等；此时，传感器达到奇异点；

在奇异点下，传感器具有转动信号增强效应，当传感器发生旋转时，透射谱的线宽发生变化；计算机(10)实时监测透射谱的线宽变化量，并将透射谱的线宽变化量代入传感器的角速度测量方程，由此计算出传感器的角速度；所述传感器的角速度测量方程表示如下：

式中：y表示传感器的角速度；Δω表示透射谱的线宽变化量；L表示腔长；λ₀表示探测光的中心波长；A表示环路面积；κ_c表示第二光纤环形谐振腔(6b)与第一光纤环形谐振腔(6a)之间的耦合强度。