快光增强型光学陀螺的研究进展

光学陀螺的研究进展
光波导陀螺仪的基本原理

光陀螺仪是根据光效应测量旋转角速率的惯性仪表

Sagnac效应是指： 如果一个任意几何形状的闭合光学环路相对惯性系沿某一方向转 动，那 么在此光路中沿相反方向传播的两束光绕行一周后，所积 累的相位差(或频率差)与系统旋转 的角速率成正 比．在 确定 的 旋转角速率条件下，光陀螺积累越多的相位差，对应着越高的旋 转灵敏度．

虽然目前快光陀螺的研究成果令人欣喜，但国际上的快光陀螺研 究却主要由美国西北大学的Shahriar和Salit团队展开，这无疑不 利于该领域的快速深入发展．因此，该领域目前正处在非常初步 的研究阶段，真正意义上的快光陀螺实验仍未有报道，尚有很多 值得我们深人研究的问题．
几种快光增强的集成化激光陀螺的结构

所以为增强sagnac效应我们只能通过调制陀螺系统的色散关系Fra Baidu bibliotek 来提高灵敏度．而快( 慢)光效应正是伴随这种特殊的色散关系而 产生的现象．

我们把群速度小于真空中光速的光称为“慢光”．光的群速度定 义为 ， 又考虑到折射率 是光频率 和波矢 的函数

其中C为真空中的光速，即Vg<C的光称为慢光.反之为快光

西北大学其中一人在理论上设计了一个不需要反常色散介质参与 的快光增强型激光陀螺，利用结构色散代替原子气等色散介质实 现反常色散．该模型只是在正常的环形激光陀螺的基础上增加了 一个无源谐振腔，以此产生结构上的反常色散，从而实现快光效 应．通过理论计算和模拟，其灵敏度比目前最好的环形激光陀螺 高两个数量级．

sagnac效应数学表达式如下：

其中
即为两束光之间的 Sagnac相位差，A是闭合 是光的圆频率， Ω则为系 为相灵敏度增强系数，由

光路的面积，C为真空中的光速， 统的旋转角速率，我们定义式 中的 系统的色散关系决定．

对于普通的干涉型光纤陀螺(IFOG)，一般通过增加光纤围绕的面 积和光纤长度的办法增强 Sagnac效应，增强系数为1。但是在强 调小型集成化的趋势下，一般光钎型陀螺仪并不能满足要求。