文档介绍：谐振式光学陀螺的关键技术研究
焦新泉
2015 年 9 月
中图分类号：TP242
UDC 分类号：620
谐振式光学陀螺的关键技术研究
作 者 姓 名 焦新泉
学 院 名 称 自动化学院
指 导 教 师 陈家斌教授
答辩委员会主席 赵剡教授
申 请 学 位 工学博士
学 科 专 业 控制科学与工程
学位授予单位 北京理工大学
论文答辩日期 2016 年 1 月
Research on the Key Technology of Resonator Optic
Gyro
Candidate Name： Jiao Xinquan
School or Department: Institute of Eutomation
Faculty Mentor: Prof. Chen Jiabin
Chair, Thesis Committee：Prof. Zhao Yan
Degree Applied: Doctor of Philosophy
Major： Control Science and Engineering
Degree by: Beijing Institute of Technology
The Date of Defence： January，2016
研究成果声明
本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行
的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，
学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得
北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工
作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的
说明并表示了谢意。
特此申明。
签 名： 日期：
北京理工大学博士学位论文
摘要
谐振式光学陀螺（Resonator Optic Gyro，ROG）是一种高精度惯性器件，其基本
原理是通过检测由 Sagnac 效应引起的腔内相向传输光束的谐振频差来实现旋转角速
率的检测。
高品质因数光学微谐振腔作为 ROG 系统的核心敏感单元，其性能参量直接影响
着陀螺的灵敏度，对实现高精度陀螺至关重要，为满足惯性测量系统小型化需求，微
谐振腔的结构设计尤为关键。
由于 Sagnac 的微弱效应，其产生的频差极其微小，且受光路中背向散射噪声、
非互易性噪声、偏振噪声、Kerr 效应等因素的影响，导致频差输出的信噪比较低，因
此，微弱信号检测技术是陀螺信号提取的关键。
本文针对上述问题，开展了谐振式光学陀螺的关键技术研究，具体研究内容如下：
（1）优化设计了光纤环形谐振腔（FRR）和硅基楔形盘腔两种典型的微谐振腔
结构。
针对 FRR，仿真分析并测试验证了特征参量之间的相互制约关系；针对硅基楔形
盘腔，在理论仿真的基础上，提出了优化制备工艺及结构设计，实验验证了盘腔 Q 值、
DQ 乘积及陀螺极限灵敏度与直径 D 的对应关系，为芯片级、集成化的新型谐振式微
光学陀螺的研究奠定了基础。
（2）针对盘腔耦合单元的非互易性效应，提出了低折射率紫外胶封装技术。
针对基于盘腔与锥形光纤耦合系统的非互易性产生机理，设计了非互易性测试系
统，对测试结果进行分析，得到了最佳耦合位置，为保持耦合结构的稳定性、健壮性
及高过载环境下的生存能力，提出了紫外胶封装技术，实现了微谐振腔耦合单元一体
化