Микрооптические гироскопы на основе резонаторов мод шепчущей галереи

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Оптические гироскопы, такие как кольцевые лазерные и волоконно-оптические, стали основой для бесплатформенных инерциальных навигационных систем благодаря ряду преимуществ: большому диапазону измеряемых угловых скоростей, высокой стабильности масштабного коэффициента, нечувствительности к ускорению и перегрузке, меньшему времени готовности и т. д. Несмотря на успех в их разработке, такие гироскопы непригодны для использования в системах управления небольшими портативными устройствами из-за своих больших размеров и веса. Поэтому миниатюризация оптических гироскопов сейчас является актуальной задачей. Статья посвящена разработке и исследованию микрооптического гироскопа.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. В. Филатов

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

Автор, ответственный за переписку.
Email: photonics@technosphera.ru
ORCID iD: 0000-0002-4388-8033

д.т.н., профессор, зав. кафедрой лазерных измерительных и навигационных систем

Россия, Санкт-Петербург

А. С. Кукаев

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

Email: photonics@technosphera.ru
ORCID iD: 0000-0002-9525-8412

к.т.н., доцент, кафедра лазерных измерительных и навигационных систем

Россия, Санкт-Петербург

В. Ю. Венедиктов

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

Email: photonics@technosphera.ru
ORCID iD: 0000-0002-0728-2050

д.ф.-м.н., профессор, главный научный сотрудник, кафедра лазерных измерительных и навигационных систем

Россия, Санкт-Петербург

А. А. Севрюгин

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

Email: photonics@technosphera.ru

к.ф.-м.н., ст. преподаватель, кафедра лазерных измерительных и навигационных систем

Россия, Санкт-Петербург

Е. В. Шалымов

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

Email: photonics@technosphera.ru
ORCID iD: 0000-0002-0731-6978

к.т.н., доцент, кафедра лазерных измерительных и навигационных систем

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Filatov Y. V. et al. Microoptical gyros on the base of passive ring resonators. Gyroscopes: Types, Functions and Applications. Nova Science Publishers. New York. 2019.
  2. Filatov Y. V. et al. Modeling of a ring confocal resonator field. Optical Engineering. 2019; 58(7): 074103.
  3. Oraevsky A. N. Whispering-gallery waves. Quantum Electronics. 2002; 32(5):377–400.
  4. Vollmer F., Yang L. Label-free detection with high-Q microcavities: a review of biosensing mechanisms for integrated devices. Nanophotonics. 2012;1(3):267–291.
  5. Amir R. A., Tindaro I. Effect of Angular Velocity on Sensors Based on Morphology Dependent Resonances. Sensors. 2014;14: 7041–7048.
  6. Filatov Yu. V., Shalymov E. V., Venediktov V. Yu., Dmitrieva A. D. The comparison of the influence of centrifugal forces and the Sagnac effect on a rotating whispering gallery modes resonators. Proc. SPIE. 2016;9992: 99920A.
  7. Filatov Yu. V., Shalymov E. V., Venediktov V. Yu. Use of Whispering Gallery Modes Frequency Splitting for Rotation Speed Measurement. Proc. of Advanced Photonics. 2018; SeW4E.3.
  8. Filatov Yu. V., Kukaev A. S., Shalymov E. V., Venediktov V. Yu. Investigation of a shift of whispering-gallery modes caused by deformations and tensions. Optical Engineering. 2017; 56(10):107104.
  9. Venediktov V. Yu., Kukaev A. S., Filatov Yu. V., Shalymov E. V. Modelling of rotation-induced frequency shifts in whispering gallery modes. Quantum Electronics. 2018;48(2): 95–104.
  10. Filatov Yu. V., Kukaev A. S., Shalymov E. V., Venediktov V. Yu. Influence of the whispering-gallery mode resonators shape on its inertial movement sensitivity. Optical Engineering. 2018; 57(1): 014104.
  11. Filatov Yu. V., Kukaev A. S., Shalymov E. V., Venediktov V. Yu. Study of crosssensitivity of whispering gallery modes in bottle resonators to rotation. Optical Engineering. 2018;57(10): 107107.
  12. Sumetsky M. Lasing microbottles. Light: Science & Applications. 2017;6(10): e17102.
  13. Filatov Yu. V., Shalymov E. V., Venediktov V. Yu. Alternating sign bias in the angular velocity sensors on the base of resonators of the whispering gallery modes. Proc. SPIE. 2018;10799: 107990K.
  14. Bradfield G. Some experiments with barium titanate Il. Nuovo Cimento. 1950;7(2):182–189.
  15. Mason W. P. Generation of Transverse Vibrations in Liquids. Patent US. 2490452. 1946.
  16. Filatov Yu. V., Shalymov E. V., Venediktov V. Yu. Passive ring resonator micro-optical gyroscopes. Quantum Electronics. 2016;46(5):437–446.
  17. Filatov Yu. V., Kukaev A. S., Shalymov E. V., Venediktov V. Yu. Future gyros on the base of whispering gallery mode resonators. Proc. 2017 Progress In Electromagnetics Research Symposium – Spring (PIERS). 2017; 3085–3089.
  18. Matsko A. B., Savchenkov A. A., Strekalov D., Ilchenko V. S., Maleki L. Review of applications of whispering-gallery mode resonators in photonics and nonlinear optics. IPN Progress Report. 2005; 42: 42–162.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Типы пассивных кольцевых резонаторов, рассматриваемых в качестве чувствительных элементов МОГ

Скачать (24KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Стена Эха вокруг Императорского Храма Неба в Пекине (слева) и галерея шепота собора Святого Павла в Лондоне (справа)

Скачать (573KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Поперечное сечение резонатора МШГ, соединенного с вспомогательным волноводом

Скачать (8KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Интенсивности света I1 и I2 на выходе резонатора, когда волна обходит его по часовой стрелке и против часовой стрелки соответственно (сплошная линия – I1 и I2 неподвижного резонатора, пунктирная линия – I1 и I2 вращающегося резонатора)

Скачать (6KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость взаимного сдвига частоты от угловой скорости

Скачать (6KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Устройство резонатора типа «бутылочное горлышко»

Скачать (4KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Взаимный сдвиг частоты при использовании постоянного смещения

Скачать (6KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Выходные характеристики датчика при использовании постоянного смещения (I – с Ωb = 0 рад / с (без смещения), II – с Ωb = 5 рад / с, III – с Ωb = 20 рад / с, IV – с Ωb = 50 рад / с)

Скачать (13KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Полная угловая скорость резонатора (внизу), зависимость обратного сдвига частоты МШГ от угловой скорости резонатора (вверху слева) и взаимный сдвиг частоты МШГ при наличии переменного смещения и вращения системы относительно инерциального пространства со скоростью Ωx (справа)

Скачать (30KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Выходные характеристики датчика угловой скорости (I – при измерении угловой скорости без использования смещения, II – с переменным смещением с Ωb0 = 5 рад/с, III – с Ωb0 = 40 рад/с, IV – с Ωb0 = 1 000 рад/с)

Скачать (12KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Интенсивность света на выходах резонатора (сплошная линия 1 – I1 и I2 неподвижного резонатора, пунктирные линии 2 и 3 – I1 и I2 вращающегося против часовой стрелки резонатора соответственно)

Скачать (13KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Угловая скорость, соответствующая равенству сдвигов ΔfC и ΔfS, при различном радиусе кривизны R0 и материалах резонатора (кривые I, II и III соответствуют резонаторам, изготовленным из плавленого кварца, фторида кальция и полимера ПДМС 60 : 1)

Скачать (25KB)
Метаданные

© Филатов Ю.В., Кукаев А.С., Венедиктов В.Ю., Севрюгин А.А., Шалымов Е.В., 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах