單泵浦級(jí)聯(lián)受激布里淵散射（SBS）環(huán)形激光陀螺儀制造技術(shù)

提供一種環(huán)形激光陀螺儀。該環(huán)形激光陀螺儀包括光學(xué)環(huán)形諧振器、在泵浦頻率處提供泵浦射束的光源、拍探測(cè)器和光學(xué)時(shí)鐘探測(cè)器。泵浦射束在第一方向上耦合至光學(xué)環(huán)形諧振器，并在從泵浦頻率下移布里淵斯托克斯頻率的第一斯托克斯波頻率處激勵(lì)第一光學(xué)增益曲線。一階受激布里淵散射(SBS)射束在第二方向上傳播，以及二階SBS射束在第一方向上傳播。拍探測(cè)器產(chǎn)生根據(jù)一階SBS射束和二階SBS射束間頻率差而改變的光學(xué)拍信號(hào)。光學(xué)時(shí)鐘探測(cè)器基于兩個(gè)共同傳播的射束生成參考頻率信號(hào)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利申請(qǐng)要求于2015年9月9日提交的、標(biāo)題為“SINGLE-PUMPCASCADEDSTIMULATEDBRILLOUINSCATTERING(SBS)RINGLASERGYRO”、編號(hào)為62/216,203的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該專利申請(qǐng)據(jù)此通過(guò)引用完全結(jié)合于本文中。
技術(shù)介紹
對(duì)于導(dǎo)航系統(tǒng)、精密定點(diǎn)系統(tǒng)和制導(dǎo)系統(tǒng)存在對(duì)低成本、高性能的陀螺儀的需要。從歷史上看，導(dǎo)航級(jí)陀螺儀市場(chǎng)已經(jīng)偏愛(ài)諸如GG1320之類的HeNe環(huán)形激光陀螺儀(RLG)，但是在不給與GPS的任務(wù)中，熱極端、高沖擊和高振動(dòng)的應(yīng)用要求市場(chǎng)上出現(xiàn)新產(chǎn)品。在常規(guī)RLG中，要求“高頻振動(dòng)馬達(dá)(dithermotor)”以防止諧振頻率以小速率發(fā)生退化；且高頻振動(dòng)馬達(dá)要求易碎的移動(dòng)部件，其不適于高沖擊和振動(dòng)應(yīng)用。在沒(méi)有移動(dòng)部件的情況下光波導(dǎo)在單一硅基底上的單片集成，這在嚴(yán)苛的環(huán)境中提供了優(yōu)勢(shì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本申請(qǐng)涉及環(huán)形激光陀螺儀。該環(huán)形激光陀螺儀包括配置為在第一方向和第二方向上傳播光束的光學(xué)環(huán)形諧振器。第二方向與第一方向相反。該光學(xué)環(huán)形諧振器包括將光束耦合進(jìn)和耦合出光學(xué)環(huán)形諧振器的至少一個(gè)光學(xué)耦合區(qū)。該環(huán)形激光陀螺儀還包括在泵浦頻率上提供泵浦射束的光源。該泵浦射束在第一方向上被光學(xué)地耦合至光學(xué)環(huán)形諧振器。該泵浦射束在從泵浦頻率下移布里淵斯托克斯頻率的第一斯托克斯波頻率上激勵(lì)第一光學(xué)增益曲線。該光學(xué)環(huán)形諧振器具有位于第一光學(xué)增益曲線帶寬中的諧振模式且諧振器往返損耗小于第一光學(xué)增益，使得一階受激布里淵散射(SBS)射束在第二方向上傳播。一階SBS射束在從泵浦頻率下移兩倍布里淵斯托克斯頻率的第二斯托克斯波頻率上激勵(lì)第二光學(xué)增益曲線。該光學(xué)環(huán)形諧振器具有位于第二光學(xué)增益曲線帶寬中的諧振模式。諧振器往返損耗小于第二光學(xué)增益，使得二階SBS射束在第一方向上傳播。該環(huán)形激光陀螺儀還包括拍(beat)探測(cè)器和基于兩個(gè)共同傳播的射束而生成參考頻率信號(hào)的光學(xué)時(shí)鐘探測(cè)器，該拍探測(cè)器被配置為產(chǎn)生光學(xué)拍信號(hào)，該光學(xué)拍信號(hào)根據(jù)一階SBS射束和二階SBS射束間的頻率差而變化。附圖說(shuō)明基于對(duì)附圖僅描繪示例性實(shí)施例以及不被認(rèn)為是在范圍方面的限制的理解，通過(guò)附圖的使用將以附加的特征和細(xì)節(jié)描述示例性實(shí)施例，在附圖中：圖1示出了根據(jù)本申請(qǐng)的光學(xué)泵浦射束、一階受激布里淵散射(SBS)射束和二階SBS射束的頻率分布；圖2示出了根據(jù)本申請(qǐng)的環(huán)形激光陀螺儀一實(shí)施例的一部分，其中光學(xué)泵浦射束、一階SBS射束和二階SBS射束在光學(xué)環(huán)形諧振器中傳播；圖3示出了根據(jù)本申請(qǐng)的環(huán)形激光陀螺儀的一個(gè)實(shí)施例；圖4示出了根據(jù)本申請(qǐng)的位于芯片上的環(huán)形激光陀螺儀的一個(gè)實(shí)施例；圖5A示出了根據(jù)本申請(qǐng)的環(huán)形激光陀螺儀的一個(gè)實(shí)施例；圖5B示出了根據(jù)本申請(qǐng)的環(huán)形激光陀螺儀的一個(gè)實(shí)施例；圖6示出了根據(jù)本申請(qǐng)的配置為N-圈(N-turn)波導(dǎo)回路的光學(xué)環(huán)形諧振器的一個(gè)實(shí)施例；以及圖7示出了根據(jù)本申請(qǐng)的測(cè)量旋轉(zhuǎn)的方法。根據(jù)通常實(shí)踐，各種所描述的特征并未按比例繪制，但這些特征被繪制成強(qiáng)調(diào)與示例性實(shí)施例相關(guān)的具體特征。具體實(shí)施方式在下文的詳細(xì)說(shuō)明中，參考形成本文一部分的附圖，以及其中以舉例說(shuō)明的方式示出了具體說(shuō)明性實(shí)施例。然而，可以理解，可利用其他實(shí)施例，并且可進(jìn)行邏輯、機(jī)械和電的改變。此外，附圖和說(shuō)明書(shū)中呈現(xiàn)的方法并不被解釋為限制其中各個(gè)步驟被實(shí)施的次序。因此，下文的詳細(xì)說(shuō)明不能被理解為具有限制性意義。本文描述的系統(tǒng)和方法利用了受激布里淵散射(SBS)的性質(zhì)，通過(guò)從一階受激布里淵散射光生成二階受激布里淵散射光，以從單個(gè)泵浦激光創(chuàng)建在相反方向上以不同的已知頻率傳播的兩個(gè)光束。圖1示出了根據(jù)本申請(qǐng)的光學(xué)泵浦射束、一階受激布里淵散射(SBS)射束和二階SBS射束的頻率分布。圖2示出了根據(jù)本申請(qǐng)的SBS環(huán)形激光陀螺儀(RLG)一實(shí)施例的環(huán)形激光陀螺儀部分15，其中光學(xué)泵浦射束200、一階SBS射束210和二階SBS射束220在光學(xué)環(huán)形諧振器50中傳播。本文中光學(xué)環(huán)形諧振器50也被稱為光學(xué)諧振器50。光學(xué)泵浦射束200處于泵浦頻率vP(圖1)處并且在第一方向上傳播。一階SBS射束處于第一斯托克斯波頻率vSBS1(圖1)處并且在與光學(xué)泵浦射束200傳播的第一方向相反的第二方向上傳播。二階SBS射束處于第二斯托克斯波頻率vSBS2(圖1)處并且與光學(xué)泵浦射束200一起在第一方向上共同傳播。在該示例性實(shí)例中，第一方向?yàn)轫槙r(shí)針(CW)方向，以及第二方向?yàn)槟鏁r(shí)針(CCW)方向。本文描述的環(huán)形激光陀螺儀實(shí)施例中的光學(xué)環(huán)形諧振器在泵浦頻率vP、第一斯托克斯波頻率vSBS1和第二斯托克斯波頻率vSBS2上諧振。如圖2所示，環(huán)形激光陀螺儀部分15的光學(xué)泵浦射束200從光源100(泵浦激光器100)發(fā)射。在環(huán)形激光陀螺儀部分15的該實(shí)施例中，光學(xué)環(huán)形諧振器50具有第一光學(xué)耦合區(qū)320和第二光學(xué)耦合區(qū)321。在下文參考附圖5A、5B和6描述的其他實(shí)施例中，光學(xué)環(huán)形諧振器具有單一的光學(xué)耦合區(qū)。光學(xué)耦合區(qū)為定向耦合器。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解如何設(shè)計(jì)和制造這些類型的光學(xué)耦合區(qū)。光學(xué)環(huán)形諧振器中的其他類型的光學(xué)耦合區(qū)，包括未來(lái)發(fā)展的光學(xué)耦合器，是可能的。在該實(shí)施例的一個(gè)實(shí)施方式中，該光學(xué)環(huán)形諧振器50為剛性光學(xué)波導(dǎo)諧振器50。剛性光學(xué)波導(dǎo)諧振器50可由半導(dǎo)體材料、玻璃或塑料形成。可通過(guò)將波導(dǎo)蝕刻在基底中、將波導(dǎo)蝕刻在沉積在基底上的一個(gè)或多個(gè)層中、或?qū)⒉▽?dǎo)蝕刻在基底的一部分(即芯片)中來(lái)形成剛性光學(xué)波導(dǎo)諧振器50。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，蝕刻芯片之后可進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)材料層的沉積，以及一個(gè)或多個(gè)附加蝕刻過(guò)程，以確保波導(dǎo)為低損耗波導(dǎo)。在該實(shí)施例的另一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)環(huán)形諧振器50為由光纖形成的光纖諧振器50。隨著光學(xué)泵浦射束200傳播通過(guò)光學(xué)環(huán)形諧振器50，在從泵浦頻率vP下移布里淵斯托克斯頻率vsbs的第一斯托克斯波頻率vSBS1處，第一光學(xué)增益曲線311(圖1)被光學(xué)泵浦射束200激勵(lì)。如圖1中所示，光學(xué)環(huán)形諧振器50具有位于第一光學(xué)增益曲線311的帶寬315內(nèi)的諧振模式301。在充分低的諧振器損耗的情況下，第一光學(xué)增益曲線311中的光學(xué)增益引起發(fā)射激光的電磁場(chǎng)，其與光學(xué)泵浦射束200反向地傳播。一階受激布里淵散射提供了光學(xué)增益，并放大與光學(xué)泵浦射束200反向地傳播的電磁場(chǎng)。以此方式，當(dāng)光學(xué)泵浦射束200超過(guò)受激布里淵散射閾值時(shí)，光學(xué)泵浦射束200具有足夠的光功率以激勵(lì)頻率vSBS1(圖1)處的一階SBS射束210(圖2)，頻率vSBS1位于從泵浦頻率vP下移布里淵斯托克斯頻率vsbs的第一SBS增益帶寬中。泵浦激光和一階SBS(vP-vSBS1)之間的頻率被設(shè)計(jì)為近似為光學(xué)環(huán)形諧振器的自由光譜范圍(FSR)的整數(shù)倍(N×FSR)。隨著光學(xué)泵浦射束200的強(qiáng)度增大，一階SBS射束210的強(qiáng)度增大。一階SBS射束210在與光學(xué)泵浦射束200傳播的第一方向相反的第二方向上傳播。交替地，隨著一階SBS射束210在第二方向上傳播通過(guò)光學(xué)環(huán)形諧振器50，在從vSBS1處的第一SBS射束下移布里淵斯托克斯頻率vsbs的第二斯托克斯波頻率vSBS2處，第二布里淵散射增益曲線312被一階SBS射束210激勵(lì)。如圖1所示，光學(xué)環(huán)形諧振器50具有位于第二光學(xué)增益曲線312的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種環(huán)形激光陀螺儀(10、11、12和13)，包括：配置為在第一方向和第二方向上傳播光束的光學(xué)環(huán)形諧振器(50)，第二方向與第一方向相反，該光學(xué)環(huán)形諧振器(50)包括將光束耦合進(jìn)和耦合出光學(xué)環(huán)形諧振器(50)的至少一個(gè)光學(xué)耦合區(qū)(320/420)；以及在泵浦頻率(vP)處提供泵浦射束(200)的光源(100)，該泵浦射束在第一方向上被光學(xué)地耦合至光學(xué)環(huán)形諧振器(50)；其中泵浦射束在從泵浦頻率下移布里淵斯托克斯頻率(vsbs)的第一斯托克斯波頻率(vSBS1)處激勵(lì)第一光學(xué)增益曲線(311)，其中光學(xué)環(huán)形諧振器(50)具有位于第一光學(xué)增益曲線(311)的帶寬(315)中的諧振模式(301)，其中諧振器往返損耗小于第一光學(xué)增益，使得一階受激布里淵散射(SBS)射束(210)在第二方向上傳播，其中一階SBS射束(210)在從泵浦頻率下移兩倍布里淵斯托克斯頻率(2vsbs)的第二斯托克斯波頻率(vSBS2)處激勵(lì)第二光學(xué)增益曲線(312)，其中光學(xué)環(huán)形諧振器(50)具有位于第二光學(xué)增益曲線(312)的帶寬(316)中的諧振模式(302)，其中諧振器往返損耗小于第二光學(xué)增益，使得二階SBS射束(220)在第一方向上傳播；以及該環(huán)形激光陀螺儀還包括：拍探測(cè)器(131)，其配置為產(chǎn)生根據(jù)一階SBS射束和二階SBS射束間的頻率差而改變的光學(xué)拍信號(hào)；以及基于兩個(gè)共同傳播的射束(200和220)生成參考頻率信號(hào)的光學(xué)時(shí)鐘探測(cè)器(121)，其中光學(xué)時(shí)鐘探測(cè)器(121)被配置為基于以下之一來(lái)生成參考頻率信號(hào)：泵浦頻率(vP)和第二斯托克斯波頻率(vSBS2)之間的拍信號(hào)，第二斯托克斯波頻率從泵浦頻率(vP)下移兩倍布里淵斯托克斯頻率(2vsbs)；或一階SBS頻率(vSBS1)和三階受激布里淵散射(SBS)射束(230)的第三斯托克斯波頻率(vSBS3)之間的拍信號(hào)，第三斯托克斯波頻率從第一斯托克斯波頻率(vSBS1)下移兩倍布里淵斯托克斯頻率(2vsbs)。...

【技術(shù)特征摘要】
2015.09.09 US 62/216203;2015.10.13 US 14/8821011.一種環(huán)形激光陀螺儀(10、11、12和13)，包括：配置為在第一方向和第二方向上傳播光束的光學(xué)環(huán)形諧振器(50)，第二方向與第一方向相反，該光學(xué)環(huán)形諧振器(50)包括將光束耦合進(jìn)和耦合出光學(xué)環(huán)形諧振器(50)的至少一個(gè)光學(xué)耦合區(qū)(320/420)；以及在泵浦頻率(vP)處提供泵浦射束(200)的光源(100)，該泵浦射束在第一方向上被光學(xué)地耦合至光學(xué)環(huán)形諧振器(50)；其中泵浦射束在從泵浦頻率下移布里淵斯托克斯頻率(vsbs)的第一斯托克斯波頻率(vSBS1)處激勵(lì)第一光學(xué)增益曲線(311)，其中光學(xué)環(huán)形諧振器(50)具有位于第一光學(xué)增益曲線(311)的帶寬(315)中的諧振模式(301)，其中諧振器往返損耗小于第一光學(xué)增益，使得一階受激布里淵散射(SBS)射束(210)在第二方向上傳播，其中一階SBS射束(210)在從泵浦頻率下移兩倍布里淵斯托克斯頻率(2vsbs)的第二斯托克斯波頻率(vSBS2)處激勵(lì)第二光學(xué)增益曲線(312)，其中光學(xué)環(huán)形諧振器(50)具有位于第二光學(xué)增益曲線(312)的帶寬(316)中的諧振模式(302)，其中諧振器往返損耗小于第二光學(xué)增益，使得二階SBS射束(220)在第一方向上傳播；以及該環(huán)形激光陀螺儀還包括：拍探測(cè)器(131)，其配置為產(chǎn)生根據(jù)一階SBS射束和二階SBS射束間的頻率差而改變的光學(xué)拍信號(hào)；以及基于兩個(gè)共同傳播的射束(200和220)生成參考頻...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：M·K·薩利特，J·吳，邱鐵群，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：霍尼韋爾國(guó)際公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：美國(guó);US