[发明专利]一种基于自注入锁频的奇异点增强布里渊微光学陀螺

权利要求书

1.一种基于自注入锁频的奇异点增强布里渊微光学陀螺，其特征在于：包括工作光源DFB、环形器CIR1、环形器CIR2、环形器CIR3、微谐振腔WGMR、法布里-珀罗谐振腔滤波器FPF1、法布里-珀罗谐振腔滤波器FPF2、法布里-珀罗谐振腔滤波器FPF3、声光调制器AOM、光电探测器PD和时间检测电路EC；所述工作光源DFB与环形器CIR1的1号端口相连接，所述环形器CIR1的2号端口与环形器CIR2的1号端口相连接，所述环形器CIR1的3号端口通过法布里-珀罗谐振腔滤波器FPF1与环形器CIR1的3号端口相连接，所述环形器CIR2的2号端口与微谐振腔WGMR的1号端口相连接，所述环形器CIR1的2号端口通过声光调制器AOM与环形器CIR3的1号端口相连接，所述环形器CIR3的2号端口与微谐振腔WGMR的2号端口相连接，所述环形器CIR2的3号端口通过法布里-珀罗谐振腔滤波器FPF2与光电探测器PD相连接，所述环形器CIR3的3号端口通过法布里-珀罗谐振腔滤波器FPF3与光电探测器PD相连接，所述光电探测器PD与时间检测电路EC相连接。

2.一种基于自注入锁频的奇异点增强布里渊微光学陀螺的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：工作光源DFB输出的单纵模激光经过逆时针环形器CIR1后分成两路，一路进入环形器CIR2的1号端口，另一路通过声光调制器AOM移频使系统达到奇异点后进入至环形器CIR3的1号端口；

步骤2：环形器CIR2的2号端口输出光波至微谐振腔WGMR的1号端口，光波在微谐振腔WGMR内部激发形成反方向的布里渊散射SBS1和瑞利散射RBS1，并经过微谐振腔WGMR的1号端口至环形器CIR2的2号端口；光波SBS1和RBS1从环形器CIR2的3号端口输出分成两路，一路经过法布里-珀罗谐振腔滤波器FPF1滤掉布里渊散射SBS1，剩下瑞利散射RBS1经过环形器CIR1的3号端口自注入回工作光源DFB内，另一路经过法布里-珀罗谐振腔滤波器FPF2滤掉瑞利散射RBS1，剩下布里渊散射SBS1；

步骤3：环形器CIR3的2号端口输出光波至微谐振腔WGMR的2号端口，光波在微谐振腔WGMR内部激发形成反方向的布里渊散射SBS2和瑞利散射RBS2，并经过微谐振腔WGMR的2号端口至环形器CIR3的2号端口；光波SBS2和RBS2从环形器CIR3的3号端口输出经过法布里-珀罗谐振腔滤波器FPF3滤掉瑞利散射RBS2，剩下布里渊散射SBS2；

步骤4：步骤2中经过法布里-珀罗谐振腔滤波器FPF2剩下的布里渊散射SBS1与步骤3中经过法布里-珀罗谐振腔滤波器FPF3剩下的布里渊散射SBS2，经过合束耦合产生拍频信号，通过时间检测电路EC检测该拍频信号的频率周期，以此推算陀螺实际转速。

3.根据权利要求2所述的一种基于自注入锁频的奇异点增强布里渊微光学陀螺的检测方法，其特征在于：所述步骤1中通过声光调制器AOM移频使系统达到奇异点，导致灵敏度增强，拍频信号频率和比例因子变化的表达式为，

其中，Δf_s为布里渊散射拍频信号，γ为光子衰减率，Γ为布里渊增益带宽，Δf_p为泵浦光频率差，Δf_sag为Sagnac效应引起的频率变化，Δf_c为系统在奇异点时的临界泵浦频差，S_E为比例因子，D和n分别为谐振腔直径和折射率，λ为光波长。

4.根据权利要求2所述的一种基于自注入锁频的奇异点增强布里渊微光学陀螺的检测方法，其特征在于：所述步骤2中瑞利散射RBS1经过环形器CIR1的3号端口自注入回工作光源DFB内进行自注入频率锁定的表达式为，

其中，为激光器初始频率和谐振腔谐振频率的差值，为稳态输出频率和谐振腔谐振频率的差值，f₀，f_m和f_s分别为激光器初始频率，谐振腔谐振频率和稳态输出频率，k_m为谐振腔的半高全宽，K为反馈系数，α为谐振腔的耦合系数，β为反向传播模式之间的无量纲耦合比(与模式分裂直接相关)，为相位延迟。

5.根据权利要求4所述的一种基于自注入锁频的奇异点增强布里渊微光学陀螺的检测方法，其特征在于：所述瑞利散射RBS1经过环形器CIR1的3号端口自注入回工作光源DFB内进行线宽压窄的表达式为，

其中，Δv₀和Δv_p分别为压窄前后的激光线宽，Q_d和Q_m分别为激光器谐振腔和陀螺谐振腔的Q值，T_m为陀螺谐振腔传递函数幅值，η为线宽增强因子；奇异点附近的Sagnac效应增强会受到Petermann因子线宽展宽的限制，因此引入自注入锁定线宽压窄后，激光噪声和拍频输出信号分别为，

其中，S_v为激光噪声，为Petermann线宽增强因子，S_v0为远离奇异点的非增加噪声，R_v＝Δv₀/Δv_p为线宽压窄比，Δf_SI为拍频输出信号，Ω为陀螺旋转角速度。