Научно-технический
«ОПТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ»
издается с 1931 года
 
   
Русский вариант сайта Английский вариант сайта
   
       
   
       
Статьи последнего выпуска

Электронные версии
выпусков начиная с 2008


Алфавитный указатель
2000-2010 гг


444
Архив оглавлений
выпусков 2002-2007 гг


Реквизиты и адреса

Вниманию авторов и рецензентов!
- Порядок публикации
- Порядок рецензирования статей
- Типовой договор
- Правила оформления
- Получение авторского вознаграждения
- Редакционная этика


Контакты

Подписка

Карта сайта




Журнал с 01.12.2015 допущен ВАК для публикации основных результатов диссертаций как издание, входящее в международные реферативные базы систем цитирования (Web Science, Scopus) (см. Vak.ed.gov.ru Перечень журналов МБД 16.03.2018г)

Аннотации (04.2022) : Характеристики различных чувствительных элементов миниатюрного резонансного оптического гироскопа

Характеристики различных чувствительных элементов миниатюрного резонансного оптического гироскопа

DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-04-59-69

УДК 53.082.5 62-97/-98

Даниил Георгиевич Гилев1, Антон Александрович Журавлёв2, Дмитрий Николаевич Москалёв3, Антон Анатольевич Чувызгалов4, Виктор Владимирович Криштоп5

1, 2, 3, 5Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Россия

1, 4, 5Пермская научно-производственная приборостроительная компания, Пермь, Россия

5Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

Авторы для переписки: Даниил Георгиевич Гилев danilgilev@gmail.com;

                                      Виктор Владимирович Криштоп krishtop@list.ru

Аннотация

Предмет исследования. В работе представлен общий принцип работы оптических резонаторов и их характеристики на примере кольцевого резонатора, взаимосвязь добротности резонатора и чувствительности гироскопа на основе резонатора. Для разработки миниатюрного резонансного оптического гироскопа проводилось сравнение изготовленных чувствительных элементов (оптических резонаторов) между собой. В качестве чувствительного элемента рассматривались три различных типа оптических резонаторов: резонатор волоконно-оптический, резонатор на модах шепчущей галереи и кольцевой интегрально-оптический резонатор. Метод. Волоконно-оптический резонатор изготавливается путём сварки двух волоконно-оптических разветвителей, резонатор на модах шепчущей галереи представляет собой объёмную диэлектрическую структуру, в которой происходит возбуждение мод шепчущей галереи, кольцевой интегрально-оптический резонатор состоит из оптического волновода и замкнутого контура, размещённых на единой подложке. Для измерения характеристик высокодобротных (Q = 106 – 109) резонаторов на модах шепчущей галереи и волоконно-оптического резонатора применялась методика с использованием сканирующего узкополосного лазера и осциллографа. Для интегрально-оптического резонатора, обладающего меньшей добротностью (Q < 106), применялась более простая методика с использованием широкополосного лазерного источника и оптического спектроанализатора. Основные результаты. Для резонатора на дисковом резонаторе из MgF2 получена добротность Q = 5,2ґ108, для волоконно-оптического — Q = 4,3ґ106, для интегрально-оптического — Q = 1,1ґ104. Практическая значимость. Наиболее перспективным вариантом резонатора в качестве чувствительного элемента является резонатор на модах шепчущей галереи, так как обладает наибольшей добротностью и точностью определения угловой скорости. Конкурентом является волоконно-оптический резонатор, но он имеет повышенную чувствительность к температуре и внешним механическим воздействиям. Преимуществом интегрально-оптического типа резонатора является его миниатюрность, возможность интегрировать элементы термостабилизации и стойкость к механическим воздействиям.

Ключевые слова: гироскоп, моды шепчущей галереи, оптический резонатор, чувствительный элемент гироскопа, волоконно-оптический резонатор, чувствительность гироскопа

Благодарность: данная работа выполнена в рамках Программы государственной поддержки компаний-лидеров, разрабатывающих и обеспечивающих внедрение продуктов, сервисов и платформенных решений преимущественно на основе технологий и решений для цифровой трансформации приоритетных отраслей экономики и социальной сферы (Договор № 2/549/2020 от 23.07.2020 г).

Ссылка для цитирования: Гилев Д.Г., Журавлёв А.А., Москалёв Д.Н., Чувызгалов А.А., Криштоп В.В. Характеристики различных чувствительных элементов миниатюрного резонансного оптического гироскопа // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 4. С. 59–69. DOI 10.17586/1023-5086-2022-89-04-59-69

Коды OCIS: 230.0230, 120.5790, 060.2800.

 

Список источников 

1.    Drever R.W.P., Hall J.L., Kowalski F.V. et al. Laser phase and frequency stabilization using an optical resonator // Applied Physics B. 1983. V. 31. № 2. P. 97–105.

2.   Zhou X., Yu Q. Wide-range displacement sensor based on fiber-optic Fabry–Perot interferometer for subnanometer measurement // IEEE sensors journal. 2010. V. 11. № 7. P. 1602–1606.

3.   Coddington I., Newbury N., Swann W. Dual-comb spectroscopy // Optica. 2016. V. 3. № 4. P. 414–426.

4.   Mikami Y., Nasir A., Yatabe R. et al. Fully room temperature and label free biosensing based on an ink-jet printed polymer microdisk laser // Optical Materials Express. 2021. V. 11. № 3. P. 592–602.

5.   Hashimoto Y., Goban A., Hirabayashi Y. et al. On-chip photon-pair generation in a silica microtoroidal cavity // Optics Express. 2021. V. 29. № 3. P. 3533–3542.

6.   Губайдуллин Р.Р. Радиофотонная система контроля температуры топливных ячеек электрических транспортных средств на основе адресных волоконных брэгговских структур с двумя фазовыми p-сдвигами // Прикладная фотоника. 2019. Т. 6. № 3–4. С. 193–202.

7.    Saleh K., Merrer P.H., Llopis O. et al. Optoelectronic oscillator based on fiber ring resonator: overall system optimization and phase noise reduction // 2012 IEEE International Frequency Control Symposium Proceedings. IEEE. 2012. P. 1–6.

8.   Barbour N.M. Inertial navigation sensors // NATO RTO Symposium on Low Cost Navigation Sensors. Charles Stark Draper Lab Inc Cambridge Ma. 2010.

9.   Lefevre H.C. The fiber-optic gyroscope. London: Artech house, 2014. 387 p.

10. Матрёхин Д.А., Тыныныка А.Н. Простая схема волоконно-оптического датчика угловой скорости // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2019. Т. 62. № 2. С. 117–122.

11.  Рупасов А.В. Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа // Автореф. канд. техн. наук. СПб.: Университет ИТМО, 2014. 20 с.

12.  Stedman G.E. Ring-laser tests of fundamental physics and geophysics // Reports on progress in physics. 1997. V. 60. № 6. P. 615.

13.  Armenise M.N, Ciminelli C., Dell’Olio F., Passaro V.M.N. Advances in gyroscope technologies. Berlin: Springer Science & Business Media, 2010. 109 p.

14.  Королёв М.Н. Исследование технических характеристик современных типов датчиков угловой скорости. // Тез. докл. 12-й Международной научно-технической конференции «Приборостроение — 2019». Минск, 2019. С. 21–23.

15.  Бонштедт А.В., Кузьмин С.В., Мачехин П.К. Восьмиточечная модель твердотельного волнового гироскопа // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. 2007. № 1. С. 135–214.

16.  Menéndez R.J.P. Fiber-optic ring resonator interferometer // Interferometry-Recent Developments and Contemporary Applications / Ed. by Bhowmick M. London: IntechOpen, 2018. P. 1–23.

17.  Rabus D.G. Integrated ring resonators. Berlin: Springer, 2007. 360 p.

18. Paloczi G.T., Huang Y., Yariv A. Free-standing all-polymer microring resonator optical filter // Electronics Letters. 2003. V. 39. № 23. P. 1650.

19.  Savchenkov A.A., Eliyahu D., Liang W. et al. Stabilization of a Kerr frequency comb oscillator // Optics letters. 2013. V. 38. № 15. P. 2636–2639.

20. Saleh K., Henriet R., Diallo S. et al. Phase noise performance comparison between optoelectronic oscillators based on optical delay lines and whispering gallery mode resonators // Optics express. 2014. V. 22. № 26. P. 32158–32173.

21.  Fortier T.M., Le Coq Y., Stalnaker J.E. et al. Kilohertz-resolution spectroscopy of cold atoms with an optical frequency comb // Physical review letters. 2006. V. 97. № 16. P. 163905.

22. Udem Th., Holzwarth R., Hänsch T.W. Optical frequency metrology // Nature. 2002. V. 416. № 6877. P. 233–237.

23. Vollmer F., Arnold S. Whispering-gallery-mode biosensing: label-free detection down to single molecules // Nature methods. 2008. V. 5. № 7. P. 591.

24. Francois A., Himmelhaus M. Optical biosensor based on whispering gallery mode excitations in clusters of microparticles // Applied Physics Letters. 2008. V. 92. № 14. P. 141107.

25. Vyuzhanina E.A., Gilev D.G., Krishtop V.V. et al. Biconical optical fiber fabrication //2020 International Conference Laser Optics. IEEE. 2020. P. 1–1.

26. Чувызгалов А.А., Гилев Д.Г., Вьюжанина Е.А. и др. Изготовление D‑образного волокна для ввода излучения в оптический резонатор // Сборник трудов XII Международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики — 2020» / Под ред. С.А. Козлова. СПб.: Университет ИТМО, 2020. С. 341–343.

27. Вербицкий А.В., Дворецкий Д.А., Сазонкин С.Г. и др. Моделирование генерации ультракоротких импульсов в полностью волоконном кольцевом эрбиевом лазере с высоконелинейным резонатором // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 3. С. 56–65.

28. Ma Q., Li L, Wei F. et al. High sensitivity sensors based on open cavity in-fiber Fabry–Perot and Mach–Zehnder interferometers // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 1. С. 37–41.

29. KTH has created world’s smallest optical disk resonator. - URL: https://www.aphys.kth.se/photonics/op/arkiv/kth-har-byggt-varldens-minsta-skivresonator-1.364316 (дата обращения 20.08.2020).

30. Ability to miniaturize photonics devices to sizes compatible with computer chips inches closer. – URL: https://phys.org/news/2013-01-ability-miniaturize-photonics-devices-sizes.html (дата обращения 20.08.2020).

31.  Kovach A., Chen D., He J. et al. Emerging material systems for integrated optical Kerr frequency combs // Advances in Optics and Photonics. 2020. Т. 12. № 1. С. 135–222.

32. Fan X., White I.M., Zhu H. et al. Overview of novel integrated optical ring resonator bio/chemical sensors // International Society for Optics and Photonics. 2007. V. 6452. P. 64520.

33. Liang Z.X., Xu C.P., Zhu A.J. et al. Directional coupling surface plasmon polariton electro-optic modulator for optical ring networks-on-chip // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 9. С. 542–553.

34. Liang W., Ilchencko V.S., Savchenckov A.A. et al. Resonant microphotonic gyroscope // Optica. 2017. V. 4. № 1. P. 114–117.

35. Ma H., Zhang J., Wang L. et al. Resonant micro-optic gyro using a short and high-finesse fiber ring resonator // Optics letters. 2015. V. 40. № 24. P. 5862–5865.

36. Feng L., Zhi Y., Lei M et al. Suppression of frequency locking noise in resonator fiber optic gyro by differential detection method // Optics & Laser Technology. 2014. V. 62. P. 109–114.

37. Zhi Y., Feng L., Wang J. et al. Compensation of scale factor nonlinearity in resonator fiber optic gyro // Optical Engineering. 2014. V. 53. № 12. P. 127108.

38. Feng L., Wang J., Zhi Y. et al. Transmissive resonator optic gyro based on silica waveguide ring resonator // Optics express. 2014. V. 22. № 22. P. 27565–27575.

39. Feng L., Lei M., Liu H. et al. Suppression of backreflection noise in a resonator integrated optic gyro by hybrid phase-modulation technology // Applied optics. 2013. V. 52. № 8. P. 1668–1675.

40. Lei M., Feng L., Zhi Y.  et al. Test for scale factor of resonant micro optical gyro based on equivalent input // Optik. 2013. V. 124. № 19. P. 3913–3916.

41.  Li H., Liu L., Lin Z. et al. Double closed-loop control of integrated optical resonance gyroscope with mean-square exponential stability // Optics express. 2018. V. 26. № 2. P. 1145–1160.

42. Венедиктов В.Ю., Филатов Ю.В., Шалымов Е.В. Микрооптические гироскопы на основе пассивных кольцевых резонаторов // Квантовая электроника. 2016. Т. 46 № 5. С. 437–446.

43. Миньков К.Н., Лихачев Г.В., Павлов Н.Г. и др. Изготовление высокодобротных кристаллических микрорезонаторов c модами шепчущей галереи с использованием точечного алмазного точения // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 6. С. 84–92.

44.      Вьюжанина Е.А., Криштоп В.В. Дисковые резонаторы для датчиков угловой скорости // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2020. Т. 63. № 9. С. 823–829.