專利名稱：一種基于慢光效應的光學陀螺的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是光學陀螺的技術領域。
技術背景隨著激光的發明和低損耗光纖的出現及光電技術的飛速發展，出現了 一系列光學陀螺，主要包括激光陀螺，光纖陀螺，光波導陀螺等。其原理都是基于Sagnac效應。傳統的光學陀螺主要有兩類，干涉型光學陀螺和諧 振型光學陀螺。干涉型的光學陀螺通過探測輸出端位相差的大小確定旋轉 速度。其中心波長的不穩定會產生相應的誤差，并且傳統干涉式光學陀螺 光功率利用率低，正反向光在同一光路傳輸造成了干擾而導致信噪比低； 諧振型的光學陀螺是通過探測輸出端頻率差的大小確定旋轉速度的，它對 光源的要求很高，需要窄帶線寬的強相干型光源。而影響了其推廣應用。 發明內容本發明的目的是為了解決現有干涉型光學陀螺存在因中心波長的不穩 定而產生相應的誤差、光功率利用率低、正反向光在同一光路傳輸造成干 擾而導致信噪比低的問題，及諧振型的光學陀螺存在對光源的要求很高， 需用窄帶線寬的強相干型光源的問題，進而提出了一種基于慢光效應的光 學陀螺。本發明由激光器l、偏振棱鏡2、電光調制器3、分束器4、第一四分 之一波片5、第二四分之一波片6、第一全反鏡7、第二全反鏡8、第三四 分之一波片9、第四四分之一波片IO、雙面反射鏡ll、第一偏振片12、第 二偏振片13、第一探測器14、第二探測器15、數字示波器16、透明圓盤 形盒體17、慢光介質18組成；慢光介質18填充滿透明圓盤形盒體17的內部空間，透明圓盤形盒體 17的軸心上設置有軸17-1;激光器1輸出的激光通過偏振棱鏡2入射到電光調制器3的光輸入端，光 經電光調制器3調制后由電光調制器3的光輸出端輸出后入射到分束器4的 光輸入端，部分光透過分束器4后透射第一四分之一波片5后再逆時針透射 透明圓盤形盒體17中的慢光介質18后由第一全反鏡7反射，光由第一全反鏡 7反射后經第三四分之一波片9、雙面反射鏡ll的一個反射面反射后入射到 第一偏振片12的光輸入端，光經第一偏振片12傳輸后由其光輸出端輸入到 第一探測器14的光輸入端中；另一部分光由分束器4反射后透射第二四分之 一波片6后由第二全反鏡8反射，光由第二全反鏡8反射后順時針透射透明圓 盤形盒體17中的慢光介質18后再經第四四分之一波片10、雙面反射鏡ll的 另一個反射面反射后入射到第二偏振片13的光輸入端，光經第二偏振片13 傳輸后由其光輸出端輸入到第二探測器15的光輸入端中；第一探測器14的 信號輸出端、第二探測器15的信號輸出端分別連接數字示波器16的兩個信 號輸入端。本發明使用普通激光光源就能實現高精度、高靈敏度的測量，具有光 功率利用率高，信噪比高的優點。它的靈敏度與慢光介質的群折射率的平 方成正比，與傳統的干涉型光學陀螺和諧振型光學陀螺檢測方法不同,大大 簡化了陀螺的檢測設備。它避免了傳統陀螺中心波長的不穩定性產生的誤 差，并且在相同輸入光強的情況下，其輸出光強是傳統干涉式光纖陀螺的 四倍，這對提高輸出信噪比是大有好處的。另外也不需要選用諧振式光學 陀螺中應用的窄帶線寬的強相干光源。
圖1是本發明的整體結構示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一結合圖l說明本實施方式，本實施方式由激光器l、偏振棱鏡2、電光調制器3、分束器4、第一四分之一波片5、第二四分之 一波片6、第一全反鏡7、第二全反鏡8、第三四分之一波片9、第四四分 之一波片10、雙面反射鏡11、第一偏振片12、第二偏振片13、第一探測 器14、第二探測器15、數字示波器16、透明圓盤形盒體17、慢光介質18 組成；慢光介質18填充滿透明圓盤形盒體17的內部空間，透明圓盤形盒體 17的軸心上設置有軸17-1;
激光器1輸出的激光通過偏振棱鏡2入射到電光調制器3的光輸入端,光經電光調制器3調制后由電光調制器3的光輸出端輸出后入射到分束器4 的光輸入端，部分光透過分束器4后透射第一四分之一波片5后再逆時針 透射透明圓盤形盒體17中的慢光介質18后由第一全反鏡7反射，光由第 一全反鏡7反射后經第三四分之一波片9、雙面反射鏡11的一個反射面反 射后入射到第一偏振片12的光輸入端，光經第一偏振片12傳輸后由其光 輸出端輸入到第一探測器14的光輸入端中；另一部分光由分束器4反射后 透射第二四分之一波片6后由第二全反鏡8反射，光由第二全反鏡8反射 后順時針透射透明圓盤形盒體17中的慢光介質18后再經第四四分之一波 片10、雙面反射鏡11的另一個反射面反射后入射到第二偏振片13的光輸 入端，光經第二偏振片13傳輸后由其光輸出端輸入到第二探測器15的光 輸入端中；第一探測器14的信號輸出端、第二探測器15的信號輸出端分 別連接數字示波器16的兩個信號輸入端。透明圓盤形盒體17及慢光介質18靜止時，分束器4至第一四分之一 波片5、第一全反鏡7、第三四分之一波片9、雙面反射鏡ll、第一偏振片 12、第一探測器14之間的光路長度與分束器4至第二四分之一波片6、第 二全反鏡8、第四四分之一波片IO、雙面反射鏡ll、第二偏振片13、第二 探測器15之間的光路長度相等；透明圓盤形盒體17及慢光介質18靜止時， 在透明圓盤形盒體17中的慢光介質18中傳輸的順時針光路的長度與其傳 輸的逆時針光路的長度相等。所述慢光介質18選用銣Rb原子介質，激光器1選用單模半導體激光 器，其型號為DL110;電光調制器3選用的型號為4102M，分束器4選用 50:50的分束器，其型號為44-2236;偏振棱鏡2選用的型號為PBS-C-S-06; 第一探測器14、第二探測器15選用的型號都為InGaAs/InP雪崩光電二極 管探測器，其型號為S3884;數字示波器16選用的型號為TDS200。工作原理激光器1的激光輸出端經過偏振棱鏡2后變成s線偏振光(偏振方向垂直于光學平臺)。然后通過一個電光調制器3，使s偏振光旋轉一 個小角度，產生一個弱的p偏振分量的光(偏振方向平行于光學平臺)。分束 器4將光分成順時針方向傳播和逆時針方向傳播兩部分，s、 p兩偏振光經 過第一四分之一波片5、第二四分之一波片6后，分別變為左旋和右旋偏振 光，它們分別作為耦合光和探測光，并分別順時針方向和逆時針方向透射 透明圓盤形盒體17中的慢光介質18，當本發明工作時透明圓盤形盒體 17以軸17-1為軸心帶動慢光介質18旋轉，其旋轉角速度為Q，而其它部 分靜止不動。光被限制在一個長方形的光路中傳播，長方形光路的長為L1， 寬為L2。即從分束器4到第二全反鏡8，第一全反鏡7到雙面反射鏡11距 離為L1，從分束器4到第一全反鏡7，第二全反鏡8到雙面反射鏡11的距 離為L2。設靜止時光在第二全反鏡8到雙面反射鏡11方向和光在分束器4 到第一全反鏡7方向I的在圓形介質中的傳播長度分別為/，(丄l〉/)。在進 入雙面反射鏡11之前，第三四分之一波片9、第四四分之一波片10使左旋 和右旋偏振光分別恢復為s， p偏振光，從雙面反射鏡ll反射后，經過第一 偏振片12、第二偏振片13濾掉耦合光。由第一探測器14和第二探測器15 探測探測光的信號。最后分別進入數字示波器16。這樣就能得到順時針和 逆時針方向的波包的群時延。對于順時針方向(+)和逆時針方向(-)，實驗室坐 標系下的群速度W，波包從BS到BM傳播的時間P和從BS到BM的有 效距離f的關系為f:丄l +丄2士/Q產/2，這樣，相反方向傳播的波包的群時延為+/q).(t/ -/Q/2)(u-+/Q/2)實驗室坐標系下順時針和逆時針方向上的群速度為 "+= Q2/2/4， "-=— Q2/2/4，將其式代入群時延的表達式，得到順時針和逆時針方向的波包的群時延A,,1"2)" J(""2)Q 2 。
權利要求
1、一種基于慢光效應的光學陀螺，它由激光器(1)、偏振棱鏡(2)、電光調制器(3)、分束器(4)、第一四分之一波片(5)、第二四分之一波片(6)、第一全反鏡(7)、第二全反鏡(8)、第三四分之一波片(9)、第四四分之一波片(10)、雙面反射鏡(11)、第一偏振片(12)、第二偏振片(13)、第一探測器(14)、第二探測器(15)、數字示波器(16)、透明圓盤形盒體(17)、慢光介質(18)組成；其特征在于慢光介質(18)填充滿透明圓盤形盒體(17)的內部空間，透明圓盤形盒體(17)的軸心上設置有軸(17-1)；激光器(1)輸出的激光通過偏振棱鏡(2)入射到電光調制器(3)的光輸入端，光經電光調制器(3)調制后由電光調制器(3)的光輸出端輸出后入射到分束器(4)的光輸入端，部分光透過分束器(4)后透射第一四分之一波片(5)后再逆時針透射透明圓盤形盒體(17)中的慢光介質(18)后由第一全反鏡(7)反射，光由第一全反鏡(7)反射后經第三四分之一波片(9)、雙面反射鏡(11)的一個反射面反射后入射到第一偏振片(12)的光輸入端，光經第一偏振片(12)傳輸后由其光輸出端輸入到第一探測器(14)的光輸入端中；另一部分光由分束器(4)反射后透射第二四分之一波片(6)后由第二全反鏡(8)反射，光由第二全反鏡(8)反射后順時針透射透明圓盤形盒體(17)中的慢光介質(18)后再經第四四分之一波片(10)、雙面反射鏡(11)的另一個反射面反射后入射到第二偏振片(13)的光輸入端，光經第二偏振片(13)傳輸后由其光輸出端輸入到第二探測器(15)的光輸入端中；第一探測器(14)的信號輸出端、第二探測器(15)的信號輸出端分別連接數字示波器(16)的兩個信號輸入端。
2、 根據權利要求1所述的一種基于慢光效應的光學陀螺，其特征在于 透明圓盤形盒體(17)及慢光介質(18)靜止時，分束器(4)至第一四分之一波片(5) 、第一全反鏡(7)、第三四分之一波片(9)、雙面反射鏡(ll)、第一偏振片 (12)、第一探測器(14)之間的光路長度與分束器(4)至第二四分之一波片(6)、 第二全反鏡(8)、第四四分之一波片(IO)、雙面反射鏡(ll)、第二偏振片(13)、 第二探測器(15)之間的光路長度相等；透明圓盤形盒體(17)及慢光介質(18) 靜止時，在透明圓盤形盒體(17)中的慢光介質(18)中傳輸的順時針光路的長 度與其傳輸的逆時針光路的長度相等。
全文摘要
一種基于慢光效應的光學陀螺。它涉及的是光學陀螺的技術領域。它為了解決現有干涉型光學陀螺存在因中心波長的不穩定而產生相應的誤差、光功率利用率低、信噪比低的問題，及諧振型的光學陀螺存在對光源的要求很高的問題。它的激光器輸出的激光通過偏振棱鏡、電光調制器到分束器，部分光透過分束器、第一四分之一波片、慢光介質、第一全反鏡、第三四分之一波片、雙面反射鏡、第一偏振片、到第一探測器中，另一部分光由分束器反射后經第二四分之一波片、第二全反鏡、慢光介質、第四四分之一波片、雙面反射鏡、第二偏振片到第二探測器中。本發明使用普通激光光源就能實現高精度、高靈敏度的測量，具有光功率利用率高，信噪比高的優點。
文檔編號G01C19/72GK101149263SQ20071014452
公開日2008年3月26日 申請日期2007年10月30日 優先權日2007年10月30日
發明者掌蘊東, 楠 王, 赫 田, 萍 袁 申請人:哈爾濱工業大學