专利名称：一种基于慢光效应的光学陀螺的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是光学陀螺的技术领域。
技术背景随着激光的发明和低损耗光纤的出现及光电技术的飞速发展，出现了 一系列光学陀螺，主要包括激光陀螺，光纤陀螺，光波导陀螺等。其原理都是基于Sagnac效应。传统的光学陀螺主要有两类，干涉型光学陀螺和谐 振型光学陀螺。干涉型的光学陀螺通过探测输出端位相差的大小确定旋转 速度。其中心波长的不稳定会产生相应的误差，并且传统干涉式光学陀螺 光功率利用率低，正反向光在同一光路传输造成了干扰而导致信噪比低； 谐振型的光学陀螺是通过探测输出端频率差的大小确定旋转速度的，它对 光源的要求很高，需要窄带线宽的强相干型光源。而影响了其推广应用。 发明内容本发明的目的是为了解决现有干涉型光学陀螺存在因中心波长的不稳 定而产生相应的误差、光功率利用率低、正反向光在同一光路传输造成干 扰而导致信噪比低的问题，及谐振型的光学陀螺存在对光源的要求很高， 需用窄带线宽的强相干型光源的问题，进而提出了一种基于慢光效应的光 学陀螺。本发明由激光器l、偏振棱镜2、电光调制器3、分束器4、第一四分 之一波片5、第二四分之一波片6、第一全反镜7、第二全反镜8、第三四 分之一波片9、第四四分之一波片IO、双面反射镜ll、第一偏振片12、第 二偏振片13、第一探测器14、第二探测器15、数字示波器16、透明圆盘 形盒体17、慢光介质18组成；慢光介质18填充满透明圆盘形盒体17的内部空间，透明圆盘形盒体 17的轴心上设置有轴17-1;激光器1输出的激光通过偏振棱镜2入射到电光调制器3的光输入端，光 经电光调制器3调制后由电光调制器3的光输出端输出后入射到分束器4的 光输入端，部分光透过分束器4后透射第一四分之一波片5后再逆时针透射 透明圆盘形盒体17中的慢光介质18后由第一全反镜7反射，光由第一全反镜 7反射后经第三四分之一波片9、双面反射镜ll的一个反射面反射后入射到 第一偏振片12的光输入端，光经第一偏振片12传输后由其光输出端输入到 第一探测器14的光输入端中；另一部分光由分束器4反射后透射第二四分之 一波片6后由第二全反镜8反射，光由第二全反镜8反射后顺时针透射透明圆 盘形盒体17中的慢光介质18后再经第四四分之一波片10、双面反射镜ll的 另一个反射面反射后入射到第二偏振片13的光输入端，光经第二偏振片13 传输后由其光输出端输入到第二探测器15的光输入端中；第一探测器14的 信号输出端、第二探测器15的信号输出端分别连接数字示波器16的两个信 号输入端。本发明使用普通激光光源就能实现高精度、高灵敏度的测量，具有光 功率利用率高，信噪比高的优点。它的灵敏度与慢光介质的群折射率的平 方成正比，与传统的干涉型光学陀螺和谐振型光学陀螺检测方法不同,大大 简化了陀螺的检测设备。它避免了传统陀螺中心波长的不稳定性产生的误 差，并且在相同输入光强的情况下，其输出光强是传统干涉式光纤陀螺的 四倍，这对提高输出信噪比是大有好处的。另外也不需要选用谐振式光学 陀螺中应用的窄带线宽的强相干光源。
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图l说明本实施方式，本实施方式由激光器l、偏振棱镜2、电光调制器3、分束器4、第一四分之一波片5、第二四分之 一波片6、第一全反镜7、第二全反镜8、第三四分之一波片9、第四四分 之一波片10、双面反射镜11、第一偏振片12、第二偏振片13、第一探测 器14、第二探测器15、数字示波器16、透明圆盘形盒体17、慢光介质18 组成；慢光介质18填充满透明圆盘形盒体17的内部空间，透明圆盘形盒体 17的轴心上设置有轴17-1;
激光器1输出的激光通过偏振棱镜2入射到电光调制器3的光输入端,光经电光调制器3调制后由电光调制器3的光输出端输出后入射到分束器4 的光输入端，部分光透过分束器4后透射第一四分之一波片5后再逆时针 透射透明圆盘形盒体17中的慢光介质18后由第一全反镜7反射，光由第 一全反镜7反射后经第三四分之一波片9、双面反射镜11的一个反射面反 射后入射到第一偏振片12的光输入端，光经第一偏振片12传输后由其光 输出端输入到第一探测器14的光输入端中；另一部分光由分束器4反射后 透射第二四分之一波片6后由第二全反镜8反射，光由第二全反镜8反射 后顺时针透射透明圆盘形盒体17中的慢光介质18后再经第四四分之一波 片10、双面反射镜11的另一个反射面反射后入射到第二偏振片13的光输 入端，光经第二偏振片13传输后由其光输出端输入到第二探测器15的光 输入端中；第一探测器14的信号输出端、第二探测器15的信号输出端分 别连接数字示波器16的两个信号输入端。透明圆盘形盒体17及慢光介质18静止时，分束器4至第一四分之一 波片5、第一全反镜7、第三四分之一波片9、双面反射镜ll、第一偏振片 12、第一探测器14之间的光路长度与分束器4至第二四分之一波片6、第 二全反镜8、第四四分之一波片IO、双面反射镜ll、第二偏振片13、第二 探测器15之间的光路长度相等；透明圆盘形盒体17及慢光介质18静止时， 在透明圆盘形盒体17中的慢光介质18中传输的顺时针光路的长度与其传 输的逆时针光路的长度相等。所述慢光介质18选用铷Rb原子介质，激光器1选用单模半导体激光 器，其型号为DL110;电光调制器3选用的型号为4102M，分束器4选用 50:50的分束器，其型号为44-2236;偏振棱镜2选用的型号为PBS-C-S-06; 第一探测器14、第二探测器15选用的型号都为InGaAs/InP雪崩光电二极 管探测器，其型号为S3884;数字示波器16选用的型号为TDS200。工作原理激光器1的激光输出端经过偏振棱镜2后变成s线偏振光(偏振方向垂直于光学平台)。然后通过一个电光调制器3，使s偏振光旋转一 个小角度，产生一个弱的p偏振分量的光(偏振方向平行于光学平台)。分束 器4将光分成顺时针方向传播和逆时针方向传播两部分，s、 p两偏振光经 过第一四分之一波片5、第二四分之一波片6后，分别变为左旋和右旋偏振 光，它们分别作为耦合光和探测光，并分别顺时针方向和逆时针方向透射 透明圆盘形盒体17中的慢光介质18，当本发明工作时透明圆盘形盒体 17以轴17-1为轴心带动慢光介质18旋转，其旋转角速度为Q，而其它部 分静止不动。光被限制在一个长方形的光路中传播，长方形光路的长为L1， 宽为L2。即从分束器4到第二全反镜8，第一全反镜7到双面反射镜11距 离为L1，从分束器4到第一全反镜7，第二全反镜8到双面反射镜11的距 离为L2。设静止时光在第二全反镜8到双面反射镜11方向和光在分束器4 到第一全反镜7方向I的在圆形介质中的传播长度分别为/，(丄l〉/)。在进 入双面反射镜11之前，第三四分之一波片9、第四四分之一波片10使左旋 和右旋偏振光分别恢复为s， p偏振光，从双面反射镜ll反射后，经过第一 偏振片12、第二偏振片13滤掉耦合光。由第一探测器14和第二探测器15 探测探测光的信号。最后分别进入数字示波器16。这样就能得到顺时针和 逆时针方向的波包的群时延。对于顺时针方向(+)和逆时针方向(-)，实验室坐 标系下的群速度W，波包从BS到BM传播的时间P和从BS到BM的有 效距离f的关系为f:丄l +丄2士/Q产/2，这样，相反方向传播的波包的群时延为+/q).(t/ -/Q/2)(u-+/Q/2)实验室坐标系下顺时针和逆时针方向上的群速度为 "+= Q2/2/4， "-=— Q2/2/4，将其式代入群时延的表达式，得到顺时针和逆时针方向的波包的群时延A,,1"2)" J(""2)Q 2 。
权利要求
1、一种基于慢光效应的光学陀螺，它由激光器(1)、偏振棱镜(2)、电光调制器(3)、分束器(4)、第一四分之一波片(5)、第二四分之一波片(6)、第一全反镜(7)、第二全反镜(8)、第三四分之一波片(9)、第四四分之一波片(10)、双面反射镜(11)、第一偏振片(12)、第二偏振片(13)、第一探测器(14)、第二探测器(15)、数字示波器(16)、透明圆盘形盒体(17)、慢光介质(18)组成；其特征在于慢光介质(18)填充满透明圆盘形盒体(17)的内部空间，透明圆盘形盒体(17)的轴心上设置有轴(17-1)；激光器(1)输出的激光通过偏振棱镜(2)入射到电光调制器(3)的光输入端，光经电光调制器(3)调制后由电光调制器(3)的光输出端输出后入射到分束器(4)的光输入端，部分光透过分束器(4)后透射第一四分之一波片(5)后再逆时针透射透明圆盘形盒体(17)中的慢光介质(18)后由第一全反镜(7)反射，光由第一全反镜(7)反射后经第三四分之一波片(9)、双面反射镜(11)的一个反射面反射后入射到第一偏振片(12)的光输入端，光经第一偏振片(12)传输后由其光输出端输入到第一探测器(14)的光输入端中；另一部分光由分束器(4)反射后透射第二四分之一波片(6)后由第二全反镜(8)反射，光由第二全反镜(8)反射后顺时针透射透明圆盘形盒体(17)中的慢光介质(18)后再经第四四分之一波片(10)、双面反射镜(11)的另一个反射面反射后入射到第二偏振片(13)的光输入端，光经第二偏振片(13)传输后由其光输出端输入到第二探测器(15)的光输入端中；第一探测器(14)的信号输出端、第二探测器(15)的信号输出端分别连接数字示波器(16)的两个信号输入端。
2、 根据权利要求1所述的一种基于慢光效应的光学陀螺，其特征在于 透明圆盘形盒体(17)及慢光介质(18)静止时，分束器(4)至第一四分之一波片(5) 、第一全反镜(7)、第三四分之一波片(9)、双面反射镜(ll)、第一偏振片 (12)、第一探测器(14)之间的光路长度与分束器(4)至第二四分之一波片(6)、 第二全反镜(8)、第四四分之一波片(IO)、双面反射镜(ll)、第二偏振片(13)、 第二探测器(15)之间的光路长度相等；透明圆盘形盒体(17)及慢光介质(18) 静止时，在透明圆盘形盒体(17)中的慢光介质(18)中传输的顺时针光路的长 度与其传输的逆时针光路的长度相等。
全文摘要
一种基于慢光效应的光学陀螺。它涉及的是光学陀螺的技术领域。它为了解决现有干涉型光学陀螺存在因中心波长的不稳定而产生相应的误差、光功率利用率低、信噪比低的问题，及谐振型的光学陀螺存在对光源的要求很高的问题。它的激光器输出的激光通过偏振棱镜、电光调制器到分束器，部分光透过分束器、第一四分之一波片、慢光介质、第一全反镜、第三四分之一波片、双面反射镜、第一偏振片、到第一探测器中，另一部分光由分束器反射后经第二四分之一波片、第二全反镜、慢光介质、第四四分之一波片、双面反射镜、第二偏振片到第二探测器中。本发明使用普通激光光源就能实现高精度、高灵敏度的测量，具有光功率利用率高，信噪比高的优点。
文档编号G01C19/72GK101149263SQ20071014452
公开日2008年3月26日 申请日期2007年10月30日 优先权日2007年10月30日
发明者掌蕴东, 楠 王, 赫 田, 萍 袁 申请人:哈尔滨工业大学