專利名稱：諧振腔技術(shù)測試諧振式光學(xué)陀螺中背散射噪聲裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諧振腔技術(shù)測試諧振式光學(xué)陀螺中背散射噪聲裝置及方法。
技術(shù)背景
諧振式光學(xué)陀螺(Resonator Optic Gyro，R0G)是一種基于&ignac效應(yīng)實(shí)現(xiàn)角速度檢測的高精度慣性傳感器，它通過檢測諧振腔中順時(shí)針和逆時(shí)針方向傳播光束的諧振頻率差得到物體的旋轉(zhuǎn)角速度。相比于干涉式光學(xué)陀螺，諧振式光學(xué)陀螺在小型化和集成化上具有較大優(yōu)勢。
在諧振式光學(xué)陀螺的環(huán)形諧振腔中，需要同時(shí)引入順時(shí)針(Clockwise，Cff)和逆時(shí)針(Counterclockwise，CCff)方向的兩束光，CW方向光束在諧振腔中傳輸時(shí)產(chǎn)生的背向散射光對CCW光束來說是一種干擾，反之亦然。由于諧振式光學(xué)陀螺要求光源具有高相干性，背向散射噪聲已成為影響陀螺精度提高的最主要光學(xué)噪聲之一。對背散射噪聲的研究， 一般地，需要通測試諧振腔內(nèi)各點(diǎn)背散射系數(shù)的大小，通過分布積分的方式進(jìn)行求解得到背散射噪聲影響大小。
現(xiàn)有的背散射噪聲測試方法，是通過信號發(fā)生器(Signal Generator)產(chǎn)生鋸齒波對激光器輸出光頻率進(jìn)行掃描，激光器輸出光進(jìn)入諧振腔后，一部分光沿CW方向通過諧振腔，利用光電探測器(Wiotodetector，PD)對其進(jìn)行檢測，可以得到諧振輸出曲線，另一部分光沿CCW方向返回，形成背向散射光，利用光電探測器對其進(jìn)行檢測，可以得到背散射輸出曲線，對最大背散射峰和諧振深度進(jìn)行比較，就能夠得到背散射系數(shù)，將有相應(yīng)背散射特性的諧振腔應(yīng)用于諧振式光學(xué)陀螺系統(tǒng)，通過理論推導(dǎo)，計(jì)算出背散射噪聲影響大小。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供諧振腔技術(shù)測試諧振式光學(xué)陀螺中背散射噪聲裝置及方法。
諧振腔技術(shù)測試諧振式光學(xué)陀螺中背散射噪聲裝置包括掃描信號發(fā)生器、激光器、第一耦合器、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器、第一環(huán)形器、第二環(huán)形器、第二耦合器、 環(huán)形諧振腔、第一光電探測器、第二光電探測器、第一調(diào)制信號發(fā)生器和第二調(diào)制信號發(fā)生器；掃描信號發(fā)生器、激光器、第一耦合器一端順次連接，第一耦合器另一端分為逆時(shí)針和順時(shí)針兩路逆時(shí)針一路第一相位調(diào)制器、第一環(huán)形器、第二耦合器、環(huán)形諧振腔順次連接， 順時(shí)針一路第二相位調(diào)制器、第二環(huán)形器、第二耦合器、環(huán)形諧振腔順次連接，第一調(diào)制信號發(fā)生器與第一相位調(diào)制器連接，第一環(huán)形器與第二光電探測器連接，第二調(diào)制信號發(fā)生器與第二相位調(diào)制器連接，第二環(huán)形器與第一光電探測器連接。
諧振腔技術(shù)測試諧振式光學(xué)陀螺中背散射噪聲的方法是陀螺系統(tǒng)中，掃描信號發(fā)生器對激光器進(jìn)行掃描，激光器輸出光通過第一耦合器后分為逆時(shí)針和順時(shí)針兩路，逆時(shí)針一路通過由第一調(diào)制信號發(fā)生器調(diào)制的第一相位調(diào)制器、第一環(huán)形器，第二耦合器后進(jìn)入環(huán)形諧振腔，順時(shí)針一路通過由第二調(diào)制信號發(fā)生器調(diào)制的第二相位調(diào)制器、第二環(huán)形器，第二耦合器后進(jìn)入環(huán)形諧振腔，經(jīng)環(huán)形諧振腔后，通過第一光電探測器對逆時(shí)針一路信號進(jìn)行解調(diào)輸出，通過第二光電探測器對順時(shí)針一路信號進(jìn)行解調(diào)輸出；以順時(shí)針一路光為例，當(dāng)不存在背散射噪聲時(shí)，第二光電探測器所檢測到的光強(qiáng)信號只有順時(shí)針一路光的光強(qiáng)；當(dāng)存在背散射噪聲時(shí)，第二光電探測器所檢測到的光強(qiáng)除順時(shí)針一路信號光強(qiáng)外， 還包括逆時(shí)針一路的背散射光強(qiáng)，以及順時(shí)針一路光與逆時(shí)針一路背向散射光之間的相干光強(qiáng)，諧振曲線存在不對稱度η 1，對輸出精度產(chǎn)生△ Ω1的影響；在采用不同調(diào)制頻率和載波抑制的方法后，背散射噪聲得到抑制，使得逆時(shí)針一路背散射光強(qiáng)以及順時(shí)針一路光與逆時(shí)針一路背向散射光之間的相干光強(qiáng)都被抑制掉，第二光電探測器所檢測到的光強(qiáng)只有信號光強(qiáng)，諧振曲線存在不對稱度Π2，對輸出精度產(chǎn)生△ Ω2的影響，比較背散射噪聲抑制前后諧振曲線不對稱度η 和η2，及Δ Ω1和Δ Ω 2，能夠得到背散射噪聲對陀螺輸出的影響；此方法適用于以光纖環(huán)形諧振腔為核心敏感元件的諧振式光纖陀螺和以光波導(dǎo)諧振腔為敏感元件的諧振式集成光學(xué)陀螺。
本發(fā)明提供了一種新型測試諧振式光學(xué)陀螺中背散射噪聲的方法，通過測試諧振腔的諧振曲線，對比載波抑制前后諧振曲線不對稱度，直接獲得諧振式光學(xué)陀螺中背散射噪聲影響大小，具有重要的科學(xué)意義與應(yīng)用價(jià)值。
圖1是本發(fā)明提供的背散射噪聲測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖2 (a)是載波為40MHz，調(diào)制系數(shù)M為1時(shí)，經(jīng)相位調(diào)制后的頻譜；
圖2 (b)是載波為40MHz，調(diào)制系數(shù)M為2. 405時(shí)，經(jīng)相位調(diào)制后的頻譜；
圖3是背散射噪聲抑制前后，諧振曲線不對稱度比較示意圖中掃描信號發(fā)生器1、激光器2、第一耦合器3、第一相位調(diào)制器4、第二相位調(diào)制器5、第一環(huán)形器6、第二環(huán)形器7、第二耦合器8、環(huán)形諧振腔9、第一光電探測器10、第二光電探測器11、第一調(diào)制信號發(fā)生器12、第二調(diào)制信號發(fā)生器13。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，諧振腔技術(shù)測試諧振式光學(xué)陀螺中背散射噪聲裝置包括掃描信號發(fā)生器1、激光器2、第一耦合器3、第一相位調(diào)制器4、第二相位調(diào)制器5、第一環(huán)形器6、第二環(huán)形器7、第二耦合器8、環(huán)形諧振腔9、第一光電探測器10、第二光電探測器11、第一調(diào)制信號發(fā)生器12和第二調(diào)制信號發(fā)生器13 ；掃描信號發(fā)生器1、激光器2、第一耦合器3 —端順次連接，第一耦合器3另一端分為逆時(shí)針和順時(shí)針兩路逆時(shí)針一路第一相位調(diào)制器4、第一環(huán)形器6、第二耦合器8、環(huán)形諧振腔9順次連接，順時(shí)針一路第二相位調(diào)制器5、第二環(huán)形器7、第二耦合器8、環(huán)形諧振腔9順次連接，第一調(diào)制信號發(fā)生器13與第一相位調(diào)制器 4連接，第一環(huán)形器6與第二光電探測器11連接，第二調(diào)制信號發(fā)生器12與第二相位調(diào)制器5連接，第二環(huán)形器7與第一光電探測器10連接。
諧振腔技術(shù)測試諧振式光學(xué)陀螺中背散射噪聲的方法是陀螺系統(tǒng)中，掃描信號發(fā)生器1對激光器2進(jìn)行掃描，激光器2輸出光通過第一耦合器3后分為逆時(shí)針和順時(shí)針兩路，逆時(shí)針一路通過由第一調(diào)制信號發(fā)生器13調(diào)制的第一相位調(diào)制器4、第一環(huán)形器6，第二耦合器8后進(jìn)入環(huán)形諧振腔9，順時(shí)針一路通過由第二調(diào)制信號發(fā)生器12調(diào)制的第二相位調(diào)制器5、第二環(huán)形器7，第二耦合器8后進(jìn)入環(huán)形諧振腔9，經(jīng)環(huán)形諧振腔9后，通過第一光電探測器10對逆時(shí)針一路信號進(jìn)行解調(diào)輸出，通過第二光電探測器11對順時(shí)針一路信號進(jìn)行解調(diào)輸出；以順時(shí)針一路光為例，當(dāng)不存在背散射噪聲時(shí)，第二光電探測器11所檢測到的光強(qiáng)信號只有順時(shí)針一路光的光強(qiáng)；當(dāng)存在背散射噪聲時(shí)，第二光電探測器11所檢測到的光強(qiáng)除順時(shí)針一路信號光強(qiáng)外，還包括逆時(shí)針一路的背散射光強(qiáng)，以及順時(shí)針一路光與逆時(shí)針一路背向散射光之間的相干光強(qiáng)，諧振曲線存在不對稱度Π 1，對輸出精度產(chǎn)生 Δ Ω1的影響；在采用不同調(diào)制頻率和載波抑制的方法后，背散射噪聲得到抑制，使得逆時(shí)針一路背散射光強(qiáng)以及順時(shí)針一路光與逆時(shí)針一路背向散射光之間的相干光強(qiáng)都被抑制掉，第二光電探測器U所檢測到的光強(qiáng)只有信號光強(qiáng)，諧振曲線存在不對稱度η2，對輸出精度產(chǎn)生Δ Ω2的影響，比較背散射噪聲抑制前后諧振曲線不對稱度IU和112，及Δ Ω1 和Δ Ω2，能夠得到背散射噪聲對陀螺輸出的影響；此方法適用于以光纖環(huán)形諧振腔為核心敏感元件的諧振式光纖陀螺和以光波導(dǎo)諧振腔為敏感元件的諧振式集成光學(xué)陀螺。
基于諧振腔技術(shù)測試諧振式光學(xué)陀螺中背散射噪聲的方法中
激光器輸出光E%_。ut(t) = EQeXp (j cot)，通過第一耦合器3后，分為順時(shí)針(CW)和逆時(shí)針(CCW)兩路，以CW路光為例，經(jīng)由第二相位調(diào)制器5、第二環(huán)形器7、第二耦合器8后進(jìn)入環(huán)形諧振腔9，再經(jīng)由第一環(huán)形器6，通過第二光電探測器11對信號進(jìn)行解調(diào)輸出，當(dāng)不存在背散射噪聲時(shí)，第二光電探測器11所檢測到的光只有CW路的信號光，可以表示為
權(quán)利要求
1.一種諧振腔技術(shù)測試諧振式光學(xué)陀螺中背散射噪聲裝置，其特征在于包括掃描信號發(fā)生器(1)、激光器O)、第一耦合器(3)、第一相位調(diào)制器G)、第二相位調(diào)制器(5)、第一環(huán)形器(6)、第二環(huán)形器(7)、第二耦合器(8)、環(huán)形諧振腔(9)、第一光電探測器(10)、第二光電探測器(11)、第一調(diào)制信號發(fā)生器(1 和第二調(diào)制信號發(fā)生器(1 ；掃描信號發(fā)生器 (1)、激光器(2)、第一耦合器(3) —端順次連接，第一耦合器(3)另一端分為逆時(shí)針和順時(shí)針兩路逆時(shí)針一路第一相位調(diào)制器(4)、第一環(huán)形器(6)、第二耦合器(8)、環(huán)形諧振腔(9) 順次連接，順時(shí)針一路第二相位調(diào)制器(5)、第二環(huán)形器(7)、第二耦合器(8)、環(huán)形諧振腔 (9)順次連接，第一調(diào)制信號發(fā)生器(1 與第一相位調(diào)制器(4)連接，第一環(huán)形器(6)與第二光電探測器(11)連接，第二調(diào)制信號發(fā)生器(1 與第二相位調(diào)制器(5)連接，第二環(huán)形器(7)與第一光電探測器(10)連接。
2.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的諧振腔技術(shù)測試諧振式光學(xué)陀螺中背散射噪聲的方法，其特征在于陀螺系統(tǒng)中，掃描信號發(fā)生器(1)對激光器(2)進(jìn)行掃描，激光器(2) 輸出光通過第一耦合器C3)后分為逆時(shí)針和順時(shí)針兩路，逆時(shí)針一路通過由第一調(diào)制信號發(fā)生器(1 調(diào)制的第一相位調(diào)制器G)、第一環(huán)形器(6)，第二耦合器(8)后進(jìn)入環(huán)形諧振腔(9)，順時(shí)針一路通過由第二調(diào)制信號發(fā)生器(1 調(diào)制的第二相位調(diào)制器(5)、第二環(huán)形器(7)，第二耦合器(8)后進(jìn)入環(huán)形諧振腔(9)，經(jīng)環(huán)形諧振腔(9)后，通過第一光電探測器(10)對逆時(shí)針一路信號進(jìn)行解調(diào)輸出，通過第二光電探測器(11)對順時(shí)針一路信號進(jìn)行解調(diào)輸出；以順時(shí)針一路光為例，當(dāng)不存在背散射噪聲時(shí)，第二光電探測器(U)所檢測到的光強(qiáng)信號只有順時(shí)針一路信號光強(qiáng)；當(dāng)存在背散射噪聲時(shí)，第二光電探測器(11) 所檢測到的光強(qiáng)除順時(shí)針一路信號光強(qiáng)外，還包括逆時(shí)針一路的背散射光強(qiáng)，以及順時(shí)針一路光與逆時(shí)針一路背向散射光之間的相干光強(qiáng)，諧振曲線存在不對稱度η 1，對輸出精度產(chǎn)生△ Ω1的影響；在采用不同調(diào)制頻率和載波抑制的方法后，背散射噪聲得到抑制，使得逆時(shí)針一路背散射光強(qiáng)以及順時(shí)針一路光與逆時(shí)針一路背向散射光之間的相干光強(qiáng)都被抑制掉，第二光電探測器(11)所檢測到的光強(qiáng)只有信號光強(qiáng)，諧振曲線存在不對稱度η2, 對輸出精度產(chǎn)生Δ Ω2的影響，比較背散射噪聲抑制前后諧振曲線不對稱度Il 1和/72，及 Δ Ω1和Δ Ω2，能夠得到背散射噪聲對陀螺輸出的影響；此方法適用于以光纖環(huán)形諧振腔為核心敏感元件的諧振式光纖陀螺和以光波導(dǎo)諧振腔為敏感元件的諧振式集成光學(xué)陀螺。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種諧振腔技術(shù)測試諧振式光學(xué)陀螺中背散射噪聲裝置及方法。它在諧振式光學(xué)陀螺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，測得諧振曲線，對背散射噪聲抑制前后諧振曲線的不對稱度進(jìn)行標(biāo)定和比較，得到背散射噪聲對陀螺系統(tǒng)的影響。測試諧振式光學(xué)陀螺中背散射噪聲的裝置掃描信號發(fā)生器、激光器、第一耦合器、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器、第一環(huán)形器、第二環(huán)形器、第二耦合器、環(huán)形諧振腔、第一光電探測器、第二光電探測器、第一調(diào)制信號發(fā)生器、第二調(diào)制信號發(fā)生器。本發(fā)明提供了一種新型測試諧振式光學(xué)陀螺中背散射噪聲的方法，可以在諧振式光學(xué)陀螺系統(tǒng)中直接進(jìn)行測試，具有重要的科學(xué)意義與應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號G01C25/00GK102506896SQ20111031879
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者孫眾, 金仲和, 陳妍, 馬慧蓮 申請人:浙江大學(xué)