哈尔滨工程大学 智能科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001
基于Sagnac效应的谐振式微光学陀螺(Resonant Micro-Optical Gyros, RMOG)在集成化、小型化和灵敏度等方面具有巨大潜力，在微纳卫星姿态控制、机器人控制、医学诊断和检测仪器等领域中具有广阔的应用前景，成为近年来研究的热点。谐振微腔作为谐振式微光学陀螺的核心敏感元件，其光学特性与陀螺系统的性能息息相关，谐振腔的研究进展已经严重制约到谐振式微光学陀螺的发展，目前可以通过集成光学技术、微纳光学加工技术和新型材料的应用来减小谐振腔的重量和尺寸，降低成本和功耗，增加系统的可靠性和性能指标。结合期刊会议和相关研究机构披露的信息，简要介绍了谐振式微光学陀螺的发展现状、基本原理以及谐振微腔的特征参量，列举了近期国内外谐振微腔的各种新型结构设计并分析了不同结构的特点与潜力，此外还综述了近期国内外制作谐振微腔的新型材料并总结了不同材料的光学特性，初步探讨了谐振式微光学陀螺敏感单元谐振微腔的后续发展方向和技术发展途径。
谐振式微光学陀螺 谐振微腔 结构设计 材料 resonator micro-optical gyros resonant micro cavity structural design materials 红外与激光工程
2021, 50(8): 20210044
为了提高系统的互易性及有效抑制背向散射噪声对RMOG检测精度的影响,提出一种基于光开关抑制背向散射噪声的谐振式微光学陀螺。首先分析和测试实际RMOG系统中背向散射噪声的影响;然后对顺、逆时针两路光波信号进行同频调制,并利用1×2光开关施加时分复用信号使得激光信号在顺、逆时针两个方向来回切换,在时间上分离信号光和背向散射光,用于减小背向散射噪声对RMOG检测精度的影响;分析光开关的信道串扰、切换时间对背向散射噪声的抑制作用。实验结果表明,光开关能够减小背向散射噪声,减小程度受开关串扰的制约,开关切换时间需结合光波导环形谐振腔的时间常数及环路锁定时间进行优化设计。
传感器 谐振式微光学陀螺 Sagnac效应 背向散射噪声 时分复用技术 光开关 中国激光
2020, 47(10): 1010003
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
谐振式微光学陀螺是一种新型的惯性传感仪器, 与传统的机械陀螺与其他光学陀螺相比具有很多理论上的优势。通过分析抑制载波和提高信噪比, 深入地研究了三角波调制频率和幅度对谐振式微光学陀螺偏置稳定性的影响。通过理论计算和仿真分析, 考虑得到更好的载波抑制效果, 调制幅度应选为15.44 V;考虑提高信噪比, 调制频率应设为1 MHz。搭建了谐振式微光学陀螺系统, 实验测试结果与理论分析吻合较好。此外, 采用优化的调制参数, 陀螺的偏置稳定性由0.39 (°)/s提高到0.18 (°)/s(10 s积分时间)。研究结果表明: 选择优化的调制三角波参数可以将陀螺偏置稳定性提高一倍, 对于其他调制方案, 如正弦波相位调制方案, 同样可以通过分析载波抑制和信噪比优化调制参数, 改善陀螺偏置稳定性。
谐振式微光学陀螺 三角波相位调制 载波抑制比 信噪比 调制参数 esonator micro optic gyro triangular wave phase modulation carrier suppression ratio signal to noise ratio modulation parameters 强激光与粒子束
2015, 27(2): 024148
浙江大学微小卫星研究中心, 浙江 杭州 310027
通过建模仿真，从改善陀螺输出带宽以及提高互易性噪声抑制能力出发，对单路闭环谐振式微光学陀螺（R-MOG）和双路闭环R-MOG进行了分析研究。相比于单路闭环R-MOG，双路闭环R-MOG在抑制互易性噪声的同时，能较好地改善输出带宽，并进一步提高陀螺系统的线性度。在此基础上，搭建了双路闭环R-MOG的实验系统，并进行了陀螺零偏稳定性以及输出响应特性测试。实验结果表明，陀螺1 h的零偏稳定性为0.53 °/s，在±1000 °/s转速范围内，陀螺系统的线性度为99.995%。
传感器 谐振式微光学陀螺 双路闭环 互易性噪声 带宽 中国激光
2012, 39(12): 1208003
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院， 北京 100191
通过在相位调制器上施加线性变化的调制信号来实现对光波频率的方波调制是目前谐振式微光学陀螺(RMOG)中普遍采用的调制方法。而实现理想的方波频率调制要求完全线性的调制波形，极大地增加了系统实现难度。研究了调制曲线非线性对谐振腔输出的影响，仿真计算了具有二阶和三阶非线性误差的调制曲线引起的谐振曲线偏移和畸变。分析了解调输出误差与调制曲线非线性度的关系。通过搭建RMOG实验系统，测试了实际产生三角波调制信号的高阶非线性系数以及陀螺输出的标度因数。实验验证了理论分析计算方法的正确性以及采用模拟三角波产生方法改善微光学陀螺中相位调制非线性的可行性。
光纤光学 谐振式微光学陀螺 频率调制 非线性 输出误差 中国激光
2011, 38(11): 1105004
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
谐振式微光学陀螺(RMOG)是一种基于光学Sagnac效应的新型角速度传感器。提出了基于模拟波形连续线性相位调制技术的偏置频率调制。与传统的双频率锯齿波调制以及数字调制方法相比, 偏置频率调制消除了由于锯齿波回扫或数字波形中的台阶效应引入的脉冲噪声。从理论上推导了连续线性相位调制波形参数与陀螺的动态范围和灵敏度的关系, 得出波形参数的选取原则。实验采用自由谱宽、谐振清晰度分别为1.6GHz和60的集成光学谐振腔陀螺构建RMOG系统, 得到1h陀螺零偏稳定性1.06×10-3rad/s、±500°/s动态范围内陀螺输出非线性度小于1%。
集成光学 谐振式微光学陀螺 偏置频率调制 连续线性相位调制 背向散射噪声 integrated optics resonator micro-optic gyro bias-frequency-modulation continuous linear phase modulation backscattering noise
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院微纳测控与低维物理教育部重点实验室， 北京 100191
谐振式微光学陀螺(RMOG)是利用光学Sagnac效应和微电子机械系统(MEMS)加工工艺实现的一种新型角速度惯性传感器。为了减小光学器件受温度、应力等外界环境变化的影响，提高陀螺性能，快速精确的频率跟踪与锁定技术是非常必要的。提出了两种应用于RMOG的频率跟踪与锁定方法：单路光路(单路模式)和两相向传输光路(双路共模模式)；分析比较了两种方案应用于RMOG中所得到的陀螺性能。单路模式由于受光路非互易性噪声的影响较小，锁频精度高；双路共模模式频率跟踪速度快，动态响应性能好。对RMOG的测试表明，对应于单路模式和双路共模模式，分别可以得到0.07 °/s的频率锁定精度和0.09 ms·［(°)/s］-1的频率跟踪速度。
光纤光学 谐振式微光学陀螺 频率跟踪与锁定 单路模式 共模模式
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100083
介绍了谐振式微光学陀螺(ROG)的基本原理与结构,对采用三角波频率调制的陀螺灵敏度进行了理论分析。以调频光谱测量原理为基础,把环形谐振腔视为具有洛伦兹型吸收谱的介质,推导出了谐振式微光学陀螺在最大灵敏度时输出的光强与谐振腔谐振特性曲线的对应关系,提出了一种谐振式微光学陀螺最佳灵敏度的调节方法,结合陀螺系统信号的调制与解调,简化了陀螺系统最佳灵敏度的调节过程,给出了实际陀螺系统的灵敏度的测试实验。实验结果表明,此调节方法能够将谐振式微光学陀螺系统调节到最佳灵敏度,适合在实际的谐振式陀螺系统调试中运用。
集成光学 谐振式微光学陀螺 最佳灵敏度 调制频率
