[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

说明书

本发明提供一种基于自注入锁频的奇异点增强布里渊微光学陀螺，所述DFB与CIR1的1号端口相连接，所述CIR1的2号端口与CIR2的1号端口相连接，所述CIR2的3号端口通过FPF1与CIR1的3号端口相连接，所述CIR2的2号端口与WGMR的1号端口相连接，所述CIR1的2号端口通过AOM与CIR3的1号端口相连接，所述CIR3的2号端口与WGMR的2号端口相连接，所述CIR2的3号端口通过FPF2与PD相连接，所述CIR3的3号端口通过FPF3与PD相连接，所述PD与EC相连接。本发明能够有效抑制奇异点附近的激光噪声，降低陀螺的成本和体积。

技术领域

本发明属于光学陀螺领域；具体涉及一种基于自注入锁频的奇异点增强布里渊微光学陀螺。

背景技术

在消费智能设备、微型无人机和微型卫星的驱动下，低成本、低功耗、高精度和小型化的陀螺仪受到了广泛关注。自从出现用于通信的集成光学器件以来，具有小尺寸环形谐振腔(甚至是基于芯片的形式)的微光学陀螺仪已被确定为首选解决方案。陀螺仪的发展水平直接影响着惯性导航和制导系统的关键性能，在国防领域发挥着不可替代的作用。

目前，作为核心敏感元件的谐振腔可以达到高品质因数(Q值)和微纳尺度，但微光学陀螺的精度仍然不理想。与成熟的环形激光陀螺和干涉型光纤陀螺相比，微光学陀螺仍处于实验室研究阶段。因此，许多提高微光学陀螺性能的新方案正在被广泛研究。奇异点产生于非厄米哈密顿量，是两个或多个本征值和相应的本征态的简并点。在各种非厄米平台上，理论和实验证明了奇异点附近的异常光学现象，尤其是本征频率分裂对弱微扰的增强。在角速度传感领域，通过控制奇异点的非厄米系统能够极大地提升陀螺仪灵敏度，该方法可以使用微米级的谐振腔作为其核心敏感部件，顺应了器件小型化的发展趋势，并且在灵敏度和信噪比提升方面具有巨大潜力。

然而，新研究表明由于模式的非正交性，过量的量子噪声导致的激光线宽展宽限制了角速度传感灵敏度的提高。被称为Petermann因子的线宽展宽因子会精确抵消信号增强因子，从而导致信噪比无法改善。这与快光增强激光陀螺仪类似，增强的频率分裂也被激光线宽展宽所抵消。此外，为了实现复杂的电反馈频率锁定，这些微光陀螺方案需要大尺寸窄线宽可调谐激光器和伺服控制系统，这阻碍了其向低成本、低功耗和小型化方向发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于自注入锁频的奇异点增强布里渊微光学陀螺，能够有效抑制Petermann线宽增强因子带来的噪声误差，提升布里渊微光学陀螺灵敏度，并且降低了所需成本和体积。

本发明的目的是这样实现的：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。

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，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；