CN107345811A - 紧凑型三频谐振光学陀螺仪 - Google Patents
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Abstract
一种紧凑型三频谐振光学陀螺仪。这种包括腔并以三个频率工作的无源谐振光学陀螺仪包括：第一注入激光器，其沿着第一方向将第一光束注入腔中；第二注射激光器，其沿着与第一方向相反的方向将第二光束注入腔中；第三注入激光器，其沿着两个上述方向中的一个方向将第三光束注入到腔中，注入激光器之一的一个激光器被选择为主激光器，具有主频率，另外两个注入激光器分别表示为第一从激光器和第二从激光器，分别具有第一从频率和第二从频率；主伺服控制器件；第一伺服控制级，其包括第一从器件和第二从器件；以及第二伺服控制级，其包括第一和第二光学锁相器件，第一和第二光学锁相器件分别包括产生第一和第二射频偏移信号的第一和第二从振荡器。
Description
技术领域
本发明的领域在于光学陀螺仪，特别用于惯性导航领域。更准确地说，本发明的领域是无源谐振光学陀螺仪。
背景技术
光学陀螺仪基于萨格纳克(Sagnac)效应测量的基本原理。萨格纳克效应在旋转的作用下引起沿着环形路径在相反方向上传播的两个电磁信号之间的路径延迟差。与设备的角速度成比例的该路径延迟差可以被测量为在干涉仪设置的情况下的相位差，或测量为环形腔的两个反向旋转模式之间的本征频率差。
在第一种情况下，需要使用光纤来使干涉仪的长度最大化，从而使设备的灵敏度得以最大化。然后论及干涉式光纤陀螺仪(interferometric fibre optic gyroscope，I-FOG)。
在第二种情况下，可以采用两种方式来测量腔模式的本征频率之间的差。第一种在于使用有源腔，即包含增益介质的腔，以及测量由腔发射的反向旋转模式之间的频率差。然后论及了环形激光陀螺仪或RLG。第二种方式在于使用无源谐振腔，并利用激光来探测反向旋转模式的本征频率。然后论及了无源谐振陀螺仪。
无源谐振陀螺仪配置相对于其他配置具有一定数量的优点。相对于RLG配置，其特别避免了使用气体增益介质和通常与其相关联的电极的高压系统的需求。相对于I-FOG配置，其具有更短的光路的优点，这降低了对环境的敏感性并且增加了紧凑性。最后，其仅采用标准组件。因此，特别地，不需要利用超辐射的光源。
然而，尽管这三种类型的陀螺仪，即I-FOG、RLG和无源谐振陀螺仪都已经在实验中得到证实，但是目前仅有前两种陀螺仪被发现用于工业应用中。阻止无源谐振陀螺仪发展的其中一个原因是光反向散射的问题，其使得在反向旋转模式之间产生耦合，这在频率响应中产生非线性，并且像传统激光陀螺仪一样产生“盲点”，以及降低系统的性能。
在文献FR 1302311中描述了反向传播模式之间的耦合问题的一个解决方案。该系统探测环形腔的反向旋转模式的本征频率，同时避免通常由反向散射产生的问题，以及同时提供了腔长度的测量，所述腔长度的测量用于评估(并且可能地，伺服控制到恒定值)由此产生的无源谐振陀螺仪的比例因子。
该系统的基本原理是利用三个不同频率的三个光束(而不是常规陀螺仪中使用的两个)。该系统包括环形腔和激光器，激光器的发射被分成不同光频率的三个光束。作为示例，腔可以由中空光纤组成以限制克尔(Kerr)效应。每个频率与两个其它频率间隔一个对应于腔的自由光谱范围的整数倍的值。通常，腔的自由光谱范围(FSR)为：
FSR＝c/L c为光速，并且L为环形腔的光学长度。
第一光束被伺服控制到一个传播方向上的腔的一个模式，而另外两个光束被伺服控制到对应于相反传播方向的腔的两个其它模式。应当注意的是，也可以将伺服控制反转，即将对应于腔的第一谐振模式的第一本征频率伺服控制到第一光束的第一频率，例如通过伺服控制腔的长度来实现。
三个光束的频率在任何给定的时间都间隔足够远，以使光束之间的耦合效应可忽略不计。
在没有旋转的情况下，每个光束被伺服控制到腔的一个不同的本征频率，表示为：
f1＝N1.c/L 对于第一光束；
f2＝N2·c/L对于第二光束；以及
f3＝N3·c/L对于第三光束；
其中，N1、N2和N3是全部不同的已知整数。
频率必须足够接近，以使每对光束的频率之间的差异与光电二极管的通带相容。
在旋转存在的情况下，沿相同方向传播的两个光束的频率差使得能够确定腔的长度，而两个反向旋转光束之间的频率差与腔的长度上的信息相结合使得能够确定组件的角速度。
因此，以3个频率工作的陀螺仪包括如下的装置：用于测量在相同方向上传播的两个光束的频率差，以及用于测量两个反向旋转光束之间的频率差，这两个频率差组合在一起能够确定腔的长度和腔围绕垂直于腔的轴线的角速度。为了简化说明，在附图中未示出这些传统的测量装置。
具体地，在存在旋转的情况下，本征频率偏移与角速度成比例的量Ω，从而给出：
f1＝N1·c/L+Ω/2；
f2＝N2·c/L-Ω/2；以及
f3＝N3·c/L-Ω/2。
在任何给定时间，可以通过测量在相同方向上传播的光束之间的频率差Δfp(即在上述示例中Δf2-3)来确定腔的长度：
通过测量在相反方向上传播的两个光束之间的频率差Δfp(在上述示例中Δf1-2)可以推导出旋转速度：
文献FR 1302311中提出的架构在图1中示为具有反射镜。实线对应于光路，虚线对应于电连接。激光器L发射被分成三个光束F’1、F’2和F’3的光束。为了简化说明，未示出测量Δfp和Δf1-2的装置。
F’1例如以逆时针或CCW方向注入到长度为L的环形光学腔C中，而两个光束F’2和F’3以顺时针或CW方向注入腔中。由耦合器10(半镀银反射镜)透射的光束F’2和F’3的部分穿过光纤并被光耦合器11、耦合器10反射，以形成腔。通过耦合器11透射的光束F’1的部分穿过光纤和耦合器11，并被耦合器10反射以形成腔。
在谐振时，从腔输出的后向反射的强度最小，这种属性用于将三个光束的频率伺服控制到腔的本征模式。例如，图1中由耦合器11向下反射的光束101用于对F’1的频率进行伺服控制。所述光束对应于直接由11反射的光束F’1的部分与由沿着CCW方向在腔中传播的光束形成的部分(这是由于在CCW方向上形成腔的一个、两个、三个等完整电路的光束的叠加产生的)的相干叠加。类似地，图1中向上指向的光束102和103分别用于对F’2和F’3的频率进行伺服控制。所述光束对应于由耦合器10直接反射的部分F’2和F’3的部分与由该耦合器10透射的F’2和F’3沿CW方向被引导穿过空腔、由11反射并最后被10透射的部分(其对应于在CW方向上形成腔的一个、两个、三个等完整电路的光束的叠加)的相干叠加。
通过利用光电二极管PhD1以及包括光学部分DA’o1和电气部分DA’e1的伺服控制器件DA’1来直接控制激光器L，将光束F’1伺服控制到腔的本征模式。
利用光电二极管PhD23和伺服控制器件DA’2、DA’3将光束F’2和F’3伺服控制到腔的本征模式，伺服控制器件DA’2、DA’3分别包括直接作用于光学频率的光学部分(DA’o2，DA’o3)和电气部分(DA’e2，DA’e3)。
更一般地，在图2所示的变型Opt1中，通过激光器的直接伺服控制，光束中的一个(在非限制性示例中为光束F’1，但也可以是其它光束中的一个)具有保持在谐振的本征频率。根据图3所示的另一个变型Opt2，通过直接伺服控制腔的长度L，例如利用压电调节器，使光束F’1的频率保持在谐振。
现在我们来解释激光器被直接伺服控制的方式，例如图2所示。光束F’1穿过相位调制器PM1，以便产生获得频率误差信号ε1(其使得频率能够被伺服控制)所需的边带，从而设置(不存在旋转)或保持(存在旋转)光束F’1的频率与所讨论的腔模式谐振。这种方法基于被称作庞德-德勒-霍尔(Pound-Drever-Hall)技术的技术，该技术是以发明人命名的，并且对于本领域的技术人员是熟知的。
光束101被位于光学部分DA’o1中的相位调制器PM1调制，以便在与初始频率f’1间隔经由PM1由振荡器Os1施加的调制频率fm1的倍数的频率处产生边带。
如果可能的话，该频率被选择为高于腔的谐振的宽度(并且低于腔的自由光谱范围)，使得边带不与腔谐振。为了简化解释，将仅考虑与初始频率f’1间隔±fm1的两个第一边带。光束101(其因此在f’1-fm1、f’1和f’1+fm1处具有三个光谱分量)由光电二极管PhD1检测，光电二极管PhD1的输出信号被施加到PM1的调制信号解调，其中，需要利用电子混合器M1来调整各自的相位(移相器Dph1)。然后，低通滤波器(未示出)使得解调信号的DC分量被隔离，其幅度ε1于是与激光器的频率f’1与腔的谐振频率之间的差成比例。具体地，当激光器的频率f1和腔的谐振频率略有不同时，两个边带不变(如果它们远离谐振)，而在频率f’1处的光束的相位和幅度变化(因为它不再谐振)。然后，101的三个频谱分量的相干属性使得能够测量这些波动(三光束干涉)，因为它们引起解调信号的线性变化(这可以因而被用作频率误差信号ε1)，当光束F’1与腔的模式谐振时，频率误差信号ε1消除。然后，利用传统的伺服控制方法，例如，非限制性地，PI或PID控制装置(PID代表比例积分微分，参考对控制电子器件的误差信号的三种作用模式)，通过控制电子器件ER1，利用该信号来实现伺服控制。使得误差信号收敛于零值的这种类型的控制在自动控制中是熟知的。
关于要施加到PM1的调制频率的选择，如果腔的精细度高，则腔的宽度相对于自由光谱范围将较小，并且将能够选择相对于腔的谐振峰值的频率宽度而言非常高的调制频率。对于这个伺服控制来说，将实现对应于上述解释的最佳情况。相比之下，如果腔的精细度不是非常高，则调制频率将接近于腔的谐振峰值的频率宽度。当频率f’1与谐振不同时，边带将被部分修改，并且伺服控制将不太有效。
伺服控制环路例如通过注入的电流(图2)来控制激光器，以便设置(不存在旋转)或保持(存在角度旋转Ω)激光器的频率f伺服控制环路例如通过注入的电流(图2)控制激光器，以便设置(不存在旋转)或保持(存在角度旋转Ω)激光器的频率f’1等于腔的谐振频率：
f’1＝N1·c/L+Ω/2
在图3的实施方案中，被伺服控制的是腔的长度，激光器的频率保持恒定。
因此，伺服控制器件DA’1的光学部分DA’o1包括相位调制器PM1，并且连接到光电检测器PhD1的输出端的电气部分DA’e1包括包含移相器Dph1、混合器M1和频率fm1的振荡器Os1(也提供PM1)的解调部分以及控制电子器件ER1。
在图4中示意性地示出用于分别控制光束F’2和F’3的频率f2和f3的示例性伺服控制机构。该伺服控制器件与用于F’1的相同。然而，由于仅有单个激光器(或仅有一个腔)，所以不可能对这些元件起作用。因此，需要引入两个额外的组件来实现两个额外的自由度，从而使得f2和f3能够被伺服控制。
因此，光束F’2穿过旨在修改其频率的声光调制器AOM2(或者，可以使用使得通过线性调频转发器调制实现频率变化的相位调制器)，然后透射部分沿着CW传播方向被注入到腔中。
在没有旋转的情况下，图4中表示为Δfa的频率偏移的平均值被选择为等于自由光谱范围FSR的倍数。对于该平均值也(通过AOM2)添加调制信号，该调制信号旨在产生获得使得该平均值被伺服控制的信号所需的边带，从而设置(不存在旋转)或保持(存在旋转)光束F’2的频率与所讨论的腔模式谐振。光束F’2的频率f’2然后经由Δfa被伺服控制到腔的本征模式，其频率偏离频率f’1所选择的量，并且考虑到在旋转角速度Ω处的可能旋转：
f’2＝(N1+1)·c/L+Ω/2 即Δfa＝c/L-Ω/2
为此，上述光束102由光电二极管PhD23(其对于两个光束F’2和F’3是相同的)来检测。然后，基于对与调制AOM2并用于解调阶段的本地振荡器Osc2(频率fm2)的频率的选择相同的考虑，以与对于光束F’1说明的相同的方式来进行处理。
因而产生的误差信号ε2当光束F’2与腔的模式谐振时消除。
该过程与F’3相同，只是振荡器Osc3的频率与振荡器Osc2的频率不同，但是关于腔的谐振峰值的频率宽度及其自由光谱范围，必须满足与F’1和F’2相同的标准。因此，可以从由光电二极管PhD23提供的单个信号中分别产生用于F’2和F’3的两个不同的频率误差信号ε2和ε3。
该信号ε2被控制电子器件ER2(例如，PID控制器)用于控制声光调制器AOM2，以便使光束F’2的频率f’2保持与腔的模式谐振。为此，经由加法器S2和振荡器Os2来获得上述调制信号，从而产生使得能够获得由光电二极管检测的调制信号的边带。
因此，伺服控制器件DA’2的光学部分DA’o2包括声光调制器AOM2，并且连接到光电检测器PhD23的输出的电气部分DA’e2包括移相器Dph2、混合器M2、振荡器Os2、加法器S2和控制电子器件ER2。
在该系统中，声光调制器用于将相应光束的频率(f’2或f’3)伺服控制到腔的本征频率，该频率与频率f’1不同，并且偏离f’1选择量(该选择量对应于每个光束不同的FSR的整数倍)，并且声光调制器用于实时跟踪由于旋转Ω而引起的本征频率的偏移。因此，声光调制器必须能够产生至少一个自由光谱范围FSR(至少例如，N2＝N1+1和N3＝N1+2)的频率偏移，这引入了对腔的最小长度的限制。
通常将AOM限制为约1GHz的偏移，即长度为20cm的腔(在该示例中，采用由折射率为1.5的光纤制成的腔)。因此，明显较小长度的腔将不再兼容。另外，AOM体积庞大并且消耗大量功率(通常，RF功率可以是几瓦的数量级)。为了产生足够长的腔，并且由于体积原因保持直径为几厘米至几十厘米，腔的光纤被环绕多次。
因此，文献FR 1302311的3频率系统中的声光调制器的存在使得它与“短”腔不兼容。
然而，短腔光学陀螺仪将具有许多优点：
-通过减少环路数所实现的光纤的温度敏感度的降低；
-与自由空间反射镜腔(单个环路)的兼容性，无论它们是否谐振，这具有抑制克尔(Kerr)效应的优点，Kerr效应是对于限制光纤陀螺仪的精度已知的非线性效应；
-与集成光学器件的兼容性，该技术目前仅限于单个环路。具体地，为了产生多个环路，有必要产生无损交叉或实际上是非平面的集成光电路，从而使得腔闭合的路径可以在下面或上面通过，以避免交叉。还将注意到，声光调制器目前在集成光学技术中难以生产。
本发明的一个目的是通过提供与短腔兼容和/或与集成光学技术中产生的光学功能兼容的3-频率谐振陀螺仪来减轻上述缺点。
发明内容
本发明的主题是一种无源谐振光学陀螺仪，其包括腔并且以三个频率工作，并且包括：
-第一注射激光器，其配置为沿着第一方向将第一光束注入腔中；
-第二注入激光器，其配置为沿着与第一方向相反的方向将第二光束注入腔中；
-第三注入激光器，其配置为沿着两个上述方向中的一个方向将第三光束注入腔中，
注入激光器之一的一个激光器被选择为具有主频率的主激光器，另外两个注入激光器分别表示为分别具有第一从频率和第二从频率的第一从激光器和第二从激光器；
-主伺服控制器件，其配置为将主频率直接伺服控制到对应于腔的谐振模式的本征频率，或者将对应于腔的谐振模式的本征频率伺服控制到主激光器的主频率；
-包括第一从器件和第二从器件的第一伺服控制级，其配置为分别产生当第一从频率和第二从频率分别对应于腔的谐振模式时具有最小绝对值的第一频率误差信号和第二频率误差信号；以及
-包括第一光学锁相器件和第二光学锁相器件的第二伺服控制级，第一光学锁相器件和第二光学锁相器件分别包括第一从振荡器和第二从振荡器，第一从振荡器和第二从振荡器配置为产生第一射频偏移信号和第二射频偏移信号，
所述第一光学锁相器件和第二光学锁相器件配置为分别使第一从激光器与主激光器相干以及使第二从激光器与主激光器相干，并且将第一从频率和第二从频率伺服控制到腔的谐振模式，该谐振模式与对应于主频率的谐振模式不同，
根据第一伺服控制级的相应频率误差信号来确定第二伺服控制级的每个射频偏移信号。
优选地，根据本发明的陀螺仪还包括：
-第一光电检测器，其配置为接收从沿着第一方向注入的一个或多个光束中所获得的一个或多个光束，其至少一部分已经至少一次穿过腔；以及
-第二光电检测器，其配置为接收从沿着第二方向注入的一个或多个光束中所获得的一个或多个光束，其至少一部分已经至少一次穿过腔，
所述光检测器配置为从三个接收的光束中产生三个电信号，每个电信号被发送到主伺服控制器件或相应的第一从器件或第二从器件。
根据一个实施方案，主伺服控制器件包括：
-主相位调制器，其用于调制主激光器的光束；
-主解调器件，其连接到光电检测器的相应输出，并且包括主移相器、主振荡器和主混合器，所述主振荡器以也被主相位调制器所使用的预设的主振荡频率工作，所述主混合器用于混合由主振荡器和主移相器输出的信号，主频率误差信号由主混合器输出的信号获得；以及
-主控制电子器件，其配置为从主频率误差信号产生校正信号，并且直接控制主激光器的主频率或腔的长度，主激光器的频率保持恒定。
根据一个实施方案，主相位调制器包括在预设的主振荡频率直接调制主激光器的供应电流的电信号。
有利的是，主伺服控制器件是庞德-德勒-霍尔型器件。
根据一个实施方案，第一伺服控制级的每个从器件包括：
-相位调制器，其用于调制相应从激光器的光束；
-解调器件，其连接到已经检测到相应光束的光电检测器的输出，并且包括移相器、振荡器和混合器，所述振荡器以也被相应的相位调制器所使用的预设振荡频率工作，所述混合器用于混合由振荡器和移相器输出的信号，频率误差信号从由混合器输出的信号中获得；以及
-控制电子器件，其配置为从频率误差信号中产生校正信号。
有利地，相位调制器包括在预设的振荡频率直接调制相应的从激光器的供应电流的电信号。
根据一个实施方案，第一光学锁相器件和第二光学锁相器件分别包括第三光电检测器和第四光电检测器，第三光电检测器和第四光电检测器配置为分别在由主激光器输出的光束和由第一从激光器输出的光束之间、以及在由主激光器输出的光束和由第二从激光器输出的光束之间，分别产生第一拍频信号和第二拍频信号。
有利地，每个射频偏移信号具有可调谐的参考频率和参考相位，
并且每个光学锁相器件配置为控制相应从激光器的频率，以便将拍频信号伺服控制到射频偏移信号，使用从相应的频率误差信号获得的校正信号来使参考频率等于腔的整数个自由光谱范围，每个从频率分别从主频率偏移对应于相应参考频率的值。
有利地，整数使得相应的参考频率包含在相应的第三光电检测器或第四光电检测器的通带中。
根据一个实施方案，每个光学锁相器件包括混合器，所述混合器配置为将拍频信号的频率转换成射频域中的转换频率，伺服控制是基于转换频率进行的。
优选地，为了实现将拍频信号伺服控制到射频偏移信号，每个光学锁相器件包括：
-相位比较器，其配置为分别比较拍频信号或转换信号的相位与射频偏移信号的相位，比较器配置为产生相位误差信号；以及
-控制电子器件，其配置为产生校正信号并且基于相位误差信号来控制从激光器的从频率。
根据一个变型，第一光电检测器和第二光电检测器配置为接收至少部分地被腔反射的光束。
根据另一个变型，第一光电检测器和第二光电检测器配置为接收由腔传输的光束。
根据一个实施方案，包括光束路径和实施根据本发明的陀螺仪所需的光学组件的光学模块以至少一个光子集成电路的形式制造。
附图说明
通过阅读以下详细描述和参考附图，本发明的其他特征、目的和优点将中变得显而易见，附图通过非限制性实施方案给出并且在附图中：
图1(已经引用)示出了根据现有技术的3频无源谐振陀螺仪的架构。
图2(已经引用)示出了根据现有技术的3频无源谐振陀螺仪，其中对与频率中的一个相对应的激光器直接伺服控制。
图3(已经引用)示出了根据现有技术的3频率无源谐振陀螺仪，其中对腔的长度进行伺服控制，激光器的频率保持恒定。
图4(已经引用)示出了另外两个频率的伺服控制。
图5示出了根据本发明的以3个频率工作的无源谐振光学陀螺仪50。
图6示出了根据本发明的陀螺仪50的一个实施方案，并且更具体地，详细描述了所使用的各种组件。
图7示出了基于光学锁相环的伺服控制的基本原理。
图8示意性地示出了根据本发明的陀螺仪的一个实施方案，其腔包括两个自由空间耦合器和一个光纤。
图9示意性地示出了根据本发明的陀螺仪的一个实施方案，当腔由光纤组成时，所述陀螺仪特别适合。
图10示意性地示出了根据本发明的陀螺仪的一个实施方案，其中第一光电检测器和第二光电检测器配置为接收对应于由腔传输的光束的光束。
图11示出了根据本发明的陀螺仪，其包括以集成光学技术制造的光子电路。
具体实施方式
图5示出了根据本发明的以3个频率工作的无源谐振光学陀螺仪50。为了简化说明，未示出用于测量Δfp和Δf1-2的装置(参见现有技术)。
这里，将描述用于获得3个合适频率的方法。
3频率陀螺仪50包括长度为L的腔C。3频率陀螺仪50包括：第一注入激光器L1，其配置为沿着第一方向将第一光束F1注入腔中；第二注入激光器L2，其配置为沿着与第一方向相反的方向将第二光束F2注入腔中；以及第三注入激光器L3，其配置为沿着两个上述方向中的一个方向将第三光束F3注入腔中。
在图5的非限制性示例中，沿着CW方向注入光束F1和F3，并且沿着CCW方向注入光束F2。
注入激光器L1，L2和L3之一的一个激光器被选择作为主激光器，在该示例中为L1，但是三个激光器中的任一个可被选择为主激光器。主激光器具有主频率，这里为f1。
另外两个注入激光器分别表示为第一从激光器(图5的示例中的L2)和第二从激光器(图5的示例中的L3)。在图5的示例中，第一从激光器具有第一从频率f2，并且在图5的示例中，第二从激光器L3具有第二从频率f3。在其余的说明中，以L1为主激光器、L2和L3作为从激光器给出说明，但本发明同样可以应用于主激光和从激光器的任何其他选择。
根据本发明的陀螺仪50还包括主伺服控制器件DA1，其配置为将主频率f1直接伺服控制到腔的本征频率。基于频率误差信号ε1，例如在现有技术中描述的，以常规方式进行伺服控制。
根据第一选择，误差信号ε1用于通过作用于可用的输入(例如，半导体激光器的电流的调制)来改变主激光器的频率，伺服控制直接控制激光器的频率使得其对应于腔的谐振模式，如图5所示(也参见图2)。
根据第二选择，误差信号ε1用于经由压电变换器(例如，用于光纤激光器)来调制腔的长度，以便将对应于腔的谐振模式的本征频率伺服控制到保持恒定的主激光器的频率(见图3)。
根据本发明的陀螺仪50还包括第一伺服控制级，该第一伺服控制级包括与第一从激光器相关联的第一从器件(示例中的D2)、以及与第二从激光器相关联的第二从器件(示例中的D3)。第一从器件D2配置为产生当第一从频率f2对应于腔的谐振模式时具有最小绝对值的第一频率误差信号(图5的示例中的ε2)。第二从器件D3配置为产生当第二从频率f3对应于腔的谐振模式时具有最小绝对值的第二频率误差信号(图5的示例中的ε3)。通常，频率误差信号通过现有技术中描述的常规方法来获得。这些误差信号使得从激光器的频率与谐振的偏差被量化，并且被根据本发明的陀螺仪50的第二伺服控制级使用。
第二伺服控制级包括第一光学锁相器件OPLL2-1，第一光学锁相器件OPLL2-1包括配置为产生第一射频偏移信号的第一振荡器Osc2(与第一从激光器L2相关联)，第一光学锁相器件OPLL2-1被配置使第一从激光器L2与主激光器L1相干并且将第一从频率f2伺服控制到与对应于主频率f1的谐振模式不同的腔的谐振模式。通常，射频偏移信号具有包含在几十MHz(对于基于光纤的腔)和高达几十GHz(对于微型集成光学腔)之间的频率，在任何情况下的最大偏移受限于检测器的最大通带(典型地，在1.5μm，在40与100GHz之间)。
第二伺服控制级还包括第二光学锁相器件OPLL3-1，其包括配置为产生第二射频偏移信号的第二振荡器Osc3(与第二从激光器L3相关联)，第二光学锁相器件OPLL3-1配置为使第二从激光器L3与主激光器L1相干并且将第二从频率f3伺服控制到与对应于主频率f1的谐振模式不同的腔的谐振模式。因此，主激光器L1是被直接伺服控制到腔的激光器，并且用作相位循环的另外两个激光器(即，表示为从激光器的激光器)的参考激光器。因此，本发明使用两个光学锁相器件(表示为OPLL，光学锁相环(optical phase-locked loop))，以使从激光器与主激光器相干并且使两个从激光器在腔C的谐振频率处发出激光。
为此，根据第一伺服控制级的相应频率误差信号ε2、ε3来确定第二伺服控制级的每个射频偏移信号。换句话说，对于每个从激光器，根据本发明的陀螺仪使用由第一伺服控制级产生的频率误差信号来控制相应的锁相环的振荡器。以下详细地描述了根据本发明的OPLL回路的工作和陀螺仪的两个OPLL回路的实现的具体实施方案。
该架构相对于现有技术的3频率架构具有不再需要声光调制器的优点。可以回想到，这些调制器使得从单个激光器获得不同频率的三个光束，然而每个光束与腔谐振。根据本发明的陀螺仪包括三个独立的激光器，它们彼此相干，同时确保它们各自具有不同的频率并且与腔谐振。通过使用这三种独立的激光器，能够获得比使用声光调制器更大的频率差，并且还可以提高紧凑性。
光束之间的相干关系由OPLL来获得并控制。频率误差信号ε2和ε3分别使OPLL2-1的振荡器(在光束F1与光束F2之间)的频率和OPLL3-1的振荡器的频率(在光束F1与光束F3之间)被伺服控制，从而使得第一从激光器L2和第二从激光器L3分别谐振。
优选地，根据本发明的陀螺仪50还包括第一光电检测器PhD13和第二光电检测器PhD2，所述第一光电检测器配置为接收从沿着第一方向注入的一个或多个光束中所获得的一个或多个光束，其至少一部分已经至少一次通过腔，所述第二光电检测器配置为接收从沿着第二方向注入的光束中所获得的一个或多个光束，其至少一部分已经至少一次通过该腔。
如下所述，这些光电检测器可以根据腔的类型和光束被收集的类型(反射或透射)，而相对于腔放置在多个位置。在图5的示例中，检测器PhD13接收从沿着CW方向注入的光束F1和F3所获得的光束51和53，并且检测器PhD2接收从沿着CCW方向注入的光束F2中所获得的光束52。
光电检测器PhD13和PhD2配置为从3个检测到的光信号51、52和53中产生三个电信号。
检测器PhD13检测易于一起拍振的两个信号51和53，然后在每个电信号上执行的解调步骤使得可以仅隔离感兴趣的信号。
每个电信号被发送到相应的器件。在该示例中，从光束51(F1)获得的电信号形成主伺服控制器件DA1的输入；从光束52(F2)获得的电信号形成第二从器件D2的输入；以及从光束53(F3)获得的电信号形成第一从器件D1的输入。
图6示出了根据本发明的陀螺仪50的一个实施方案，更具体地，详细描述了所使用的各种组件。
有利地，主伺服控制器件DA1具有参照图2和图3在现有技术中所述的类型。主伺服控制器件包括主相位调制器PM1和主解调器件DM1，所述主相位调制器用于调制由主激光器L1输出的光束，所述主解调器件作用于由相应的光电检测器PhD13输出的电信号。器件DM1包括主移相器、主振荡器Osc1和主混合器，所述主振荡器工作在也被主相位调制器利用的预设的主振荡频率fm1上，所述主混合器用于混合由主振荡器和主移相器输出的信号，主频率误差信号ε1从由主混合器输出的信号中获得。器件DA1还包括控制电子器件ER1，所述控制电子器件配置为从主频率误差信号ε1中产生校正信号，并且直接控制主激光器L1的主频率f1或控制腔的长度L，主激光器的频率保持恒定。
有利地，主伺服控制器件DA1为庞德-德勒-霍尔型器件。
根据一个变型，主相位调制器包括在预设的主振荡频率fm1直接调制主激光器L1的供应电流的电信号。因此，当例如主注入激光器L1为激光二极管时，使用在给定频率fm1对激光器L1的电流的直接调制来产生边带，而不是利用相位调制器组件PM1。
图6还描述了从器件D2和D3的示例。这些器件具有与主伺服控制器件DA1大体上相同的架构。
有利地，第一伺服控制级的每个从器件D2或D3包括：
-相位调制器PM2或PM3，其用于调制相应从激光器L2或L3的光束F2或F3。
根据一个变型，相位调制器包括在预设的振荡频率fm2、fm3直接调制相应从激光器L2、L3的供应电流的电信号。
因此，代替相位调制器组件PM2和/或P3，为了产生边带，例如当注入激光器L2和L3为激光二极管时，利用了以相同频率fm2、fm3对激光器L2和L3的电流的直接调制。
第一伺服控制级的每个从器件还包括连接到已经检测到相应光束(PhD2检测到52，或者PhD13检测到53)的光电检测器的输出端的解调器件DM2或DM3。每个解调器件包括移相器、振荡器和混合器，所述振荡器以也被相应的相位调制器利用的预设的振荡频率fm2或fm3工作，所述混合器用于混合由振荡器和移相器输出的信号，频率误差信号ε2或ε3从由混合器输出的信号中获得；
-控制电子器件ER2或ER3，其配置为从频率误差信号ε2、ε3中产生校正信号。
误差信号ε2、ε3不用于将相应的激光器L2、L3的频率直接伺服控制到腔的模式。它们通过校正信号用于设置射频偏移信号的频率，如下所述。
现在我们将描述基于OPLL原理的第二伺服控制级。
OPLL基于锁相环或PLL，并且能够通过转置到电信号来修改两个光束的相对相位。这种伺服控制的原理如图7所示。
寻求将从激光器Le的从频率fe伺服控制到主激光器的主频率fm。
可以回想到，信号f的频率与信号的相位关于时间的导数成比例。使被伺服控制的从信号与参考信号之间的相位差(例如，为零)能够使得从频率fe被伺服控制到主频率fm。
换句话说，OPLL配置为基于误差信号εΦ来执行伺服控制，所述误差信号取决于一方面在主频率和从频率之间的fm-fe拍频与另一方面具有预定的参考频率fref的参考信号之间的相位差。
根据一个优选的实施方案，锁相环OPLL包括光电二极管PhD，其检测由主激光器和从激光器输出的光束，更具体地，检测频率fm-fe的这些频率之间的拍频信号。基于该fm-fe拍频(其期望调整到预设值)，从激光器fe的频率被伺服控制到主激光器fm的频率(其本身直接被伺服控制到陀螺仪的腔的谐振模式)。
当两个激光器之间的拍频具有通常千兆赫的数量级时，这些信号的相位的比较对于实现而言是非常复杂的。然后使用混合器M将拍频fm-fe转换为较低频率fm-fe-fdc的转换信号，该操作被称为下变频。目的是使信号的频率被伺服控制为与相位比较器的工作范围兼容。获得的频率fm-fe-fdc和相位Φ＝2π(fm-fe-fdc)t+Φm-Φe的信号(假定振荡器在使用下变频的频率fd处具有足够稳定的相位，而不被考虑)通常具有包括在1和500MHz之间的频率。优选地，在混合器之后添加滤波器，以仅选择在期望范围内的频率fm-fe-fdc的感兴趣信号。
OPLL环路还包括参考振荡器Osc，其配置为产生具有无线电参考频率fref和参考相位Φref的射频偏移信号。
接下来，相位比较器产生取决于转换后的信号与无线基准信号之间的相位差Φ-Φref的误差信号εΦ。
最后，电子控制器件ER产生校正信号并控制从激光器的从频率fe，以使误差信号εΦ最小化。在激光二极管DFB的情况下，通常控制激光器的供应电流，光频率取决于该电流。
通常在导通时，经过一定长度的时间后，转换的拍频信号的频率锁定到振荡器的选择频率fref，其中，
fm-fe-fdc＝+/-fref
从激光器的从频率等于主频率偏移参考频率和下变频频率。
因此，当由两个源输出的两个光束在光电检测器上拍振时，并且其频率足够接近于位于检测器的通带内时，获得正弦波拍频信号，其持续时间、频率稳定性、相位稳定性和振幅取决于两个源之间的相干度。源的相干性越强(它们的强度假设为保持恒定)，这个拍频信号越相似于由发电机产生的正弦信号，其中频率和相位的波动很小(很少的不连续性，跳跃、或与正弦曲线瞬时分歧)。
OPLL的目标是对两个激光器之间的拍频信号进行伺服控制，该信号可选地向下移位到相位比较器、参考(因此是非常稳定的)振荡器可访问的频域，即射频偏移信号，使得该拍频信号是与由参考振荡器提供的信号尽可能同样稳定的正弦波(假设下变频信号足够稳定，而不被考虑)。
一旦这个状态得到实现，两个先前独立的激光器就具有彼此的相干关系。
根据本发明的陀螺仪以原始方式利用两个光学锁相环。陀螺仪的三个注入激光器之间的相干关系是借助于两个光学锁相环获得的，一个在主激光器与第一从激光器之间，另一个在主激光器和第二从激光器之间。
优选地，为了收集拍频信号，第一光学锁相器件OPLL2-1包括第三光电检测器PhDO12，其接收由主激光器L1和第一从激光器L2输出的光束，并从接收到的光束中产生第一电拍频信号。类似地，第二光学锁相器件OPLL3-1包括第四光电检测器PhDO13，其接收由主激光器L1和第二从激光器L3输出的光束，并从接收到的光束中产生第二电拍频信号。
此外，如果对于每个OPLL，参考振荡器是可调谐的，并且两个激光器(主激光器)中的一个被伺服控制到腔的谐振，则可以调谐参考振荡器的频率，使得两个波束之间的拍频信号的频率(理想地，由OPLL保持的正弦信号)对应于腔的整数个FSR。然后，从激光器也发出激光至腔的谐振模式，该模式不同于主激光器的谐振模式。
因此，有利地，第一射频偏移信号具有可调谐的第一参考频率f2ref和参考相位Φ2ref，并且第一光学锁相器件OPLL2-1配置为控制第一从激光器L2的频率f2，以伺服控制第一拍频信号(可选地转换为低频域)到第一射频偏移信号，使用从由第一伺服控制级提供的第一频率误差信号ε2中获得的校正信号，使在没有下变频的第一参考频率f2ref或在相反情况下的第一参考频率f2ref和下变频频率fdc之和等于腔的整数n1个自由谱范围FSR。
类似地，第二射频偏移信号具有可调谐的第二参考频率f3ref和参考相位Φ3ref，并且第二光学锁相器件OPLL3-1配置为控制第二从激光器L3的频率f3，以伺服控制第二拍频信号(可选地转换到低频域)到第二射频偏移信号，使用从由第一伺服控制级提供的第二频率误差信号ε3中获得的校正信号，使在没有下变频的第二参考频率f3ref或在相反情况下的第二参考频率f3ref和下变频频率fdc’之和等于腔的整数n2个自由频谱范围FSR。
当频率被锁定并且在没有旋转时，从频率f2从主频率f1偏移与参考频率f2ref+fd＝n1·FSR相对应的值。
f2-f1＝+/-(f2ref+fd)＝+/-n1·FSR。
同样，从频率f3与主频率f1偏移与参考频率f3ref+d＝n2.FSR相对应的值。
F3-f1＝+/-(f3ref+fd)＝+/-n2·FSR。
当陀螺仪经历角度旋转时，谐振频率根据时间而变化。伺服控制的操作可以被比作为循环系统的操作，其操作点被改变以确保跟踪谐振。
图6中描述了OPLL的一个实施方案。
为了实现将拍频信号伺服控制到射频偏移信号，每个光学锁相器件OPLL2-1(OPLL3-1)包括：
-相位比较器PC(PC’)，其配置为比较拍频信号或转换信号的相位Φ2(Φ3)与相应的射频偏移信号的相位Φ2ref(Φ3ref)，比较器配置为产生相位误差信号εΦ(εΦ’)；
-控制电子器件ER(ER)，其配置为基于相位误差信号εΦ(εΦ’)来产生校正信号并控制从激光器L2(L3)的从频率f2(f3)。
参照使用单个激光器和声光调制器，获得了3激光器陀螺仪，其中：
·由OPLL来获得和控制光束之间的相干关系；
·通过控制OPLL的每个的参考振荡器的频率，来控制三个光束的频率之间的差，使得每个光束的频率被伺服控制，以获得(不存在旋转)或保持(存在旋转)它们的谐振；
·误差信号ε1使得如上所述的激光器L1被伺服控制到腔，反之亦然；
·误差信号ε2和ε3使得OPLL1-2的振荡器的频率f2ref和OPLL1-3的频率f3ref分别被伺服控制，从而使得L2和L3谐振。
为了确保OPLL的正确工作，整数n1、n2和下变频频率fdc和fdc’使得相应的参考频率f2ref、f3ref包含在相应的光电检测器的通带中。
根据图6所示的一个实施方案，需要下变频，并且在这种情况下，每个光学频率锁定器件OPLL1-2(OPLL1-3)包括混合器M(M’)，其配置为将拍频信号f2-f1(f3-f1)的频率变换为射频域中的转换频率f2-f1-fdc(f3-f1-fdc)，基于转换频率进行伺服控制。
通常，每个转换频率在1和500MHz之间。这样的频率与以集成光学技术中制造的相位比较器兼容。
根据一个变型，滤波器连接到每个混合器的输出。
根据本发明的陀螺仪的工作可以基于由第一检测器PhD13和第二检测器PhD2接收的各种光信号51、52、53。根据图8和图9所示的第一实施方案，第一光电检测器和第二光电检测器配置为接收与至少部分由腔反射的光束相对应的光束51、52、53。当使用反射强度时，后者在失谐振时最大，并且在谐振时最小，从而伺服控制被相应地适应。在陀螺仪是基于光纤的情况下(图9)，循环器Circ和Circ’被插入到光束的路径上，以便将反射光束与入射光束分开。使用反射光束提供误差信号ε1、ε2和ε3是最佳的，因为在这种情况下，PM1、PM2和PM3的调制频率的最大值仅受自由光谱范围FSR的限制。
根据图10所示的第二主体实施方案，第一光电检测器和第二光电检测器配置为接收与由腔传输的光束相对应的光束51、52、53。当使用透射强度时，后者在失谐振时最小，并且在谐振时最大，从而伺服控制被相应地适应。一个优点是，激光器通常包括隔离器，但是隔离器Iso和Iso’的存在不是必不可少的，并且腔C以及耦合器C1和C2的制造与集成光学器件中的实现相兼容。
根据本发明的陀螺仪还可以与任何类型的腔兼容：自由空间腔、中空光纤腔，集成光学谐振器等。
根据一个实施方案，陀螺仪50的腔C包括两个自由空间耦合器10、11，腔的其余部分例如在自由空间(反射镜)中，或包括例如如图8所示的光纤OF。
当腔由光纤OF组成时，图9所示的另一个实施方案是特别合适的。除了光纤OF之外，腔包括第一2×2耦合器C1，该第一耦合器配置为将光束F1、F2、F3注入腔中并且将由腔反射的光束51、52、53引向第一光电检测器PhD13和第二光电检测器PhD2。
根据另一个实施方案，基于光纤的腔包括第一2×2耦合器C1和第二2×2耦合器C2，第一耦合器C1配置为将光束F1、F2、F3注入腔中，第二耦合器C2配置为将由腔传输的光束51、52和53引向第一光电检测器PhD13和第二光电检测器PhD2。
下面给出陀螺仪50的非限制性数值示例。
例如考虑在1.55μm的波长下发射的半导体或光纤注入激光器L1，L2和L3。考虑到折射率为1.6的5cm长的腔，即具有3.75GHz的FSR的腔，该腔以集成光学技术制造(在该示例中，由Si3N4制造以获得低的传播损耗)。这个长度是一个很好的折衷，因为不一定要寻求使腔非常小，因为灵敏度取决于面积。
因此，对于约1.94×1014Hz(λ＝1.55μm)的主频率f1，N1约为51000。
试图将从频率f2和f3偏移至少一个完整的FSR。
可以利用：+1·FSR(N2＝N1+1)和-1·FSR(N3＝N1-1)。
也可以利用：+1·FSR和+2·FSR(N2＝N1+1且N3＝N1+2)等或者-1·FSR和-2·FSR(N2＝N1-1且N3＝N1-2)。
也可以使用：+1.FSR和+2.FSR(N2＝N1+1和N3＝N1+2)等或-1.FSR和-2.FSR(N2＝N1-1和N3＝N1-2)。
由于FSR的值，如果要保证与可集成为集成光电路的光电二极管等的兼容性，则必须使用几个FSR的偏移量。
根据本发明的陀螺仪50与集成光学技术兼容，因为它不需要声光调制器。
此外，OPLL环路的使用与要实现的偏移的数量级和集成光子实现相兼容，从而允许体积和总成本大幅降低。
陀螺仪50的光学模块被定义为包括由激光器输出的光束的路径和实现所述陀螺仪所需的并且包括光电检测器的光学部件(例如相位调制器)。
在图11所示的集成的第一级中，光学模块是以集成光学技术制造的光子电路PIC，例如在硅或InP衬底上，或在与所需功能相兼容的任何其他材料的衬底上。可以通过光栅的电路的边缘面或者直接使用光栅的电路平面的外部来实现耦合到电路PIC在电路PIC外部耦合。此外，在图11中，每个调制器PM1、PM2、PM3配备有光电二极管。这使得能够测量并控制三个光束的功率，并且因此降低与通过腔的相反方向传播的两个波的功率的任何差异相关联的克尔效应。然后，该电路PIC可以连接到基于反射镜的腔(图11)或者实际上连接到基于光纤的腔。因此，光学模块以至少一个集成电路的形式制造。
在更高的集成度下，腔和/或注入激光器也以集成光学技术来制造。
为了清楚起见，未示出使得能够确定腔的长度和旋转速度的频率f1、f2和f3的测量。该测量可以采用两种方式进行。
根据一个变型，使用注入OPLL和主激光器中的控制信号的校准来确定f1、f2和f3。
根据另一个变型，直接使用光束。例如，通过在耦合器10(图5和11)之前或耦合器C1(图9和10)之前采样F1和F3的一部分，并且通过将该光信号传输到光电二极管，可以利用频率计数器来直接测量f1-f3。由于这是拍频的问题，也可以直接使用RLG激光陀螺方法(假设通带适当地适配)。同样地，通过对F1，F3和F2进行采样和组合，电拍频信号将具有可被滤波和测量的分量-F3，F1-F2，F2-F3。根据另一个变型，使用了为图9和10混合的配置：反射光束用于伺服控制(这也允许获得第一组腔长度和转速值)，并且发射的光束被重新组合，并从其拍振中推断出第二组腔长度和转速值。
Claims (15)
1.一种无源谐振光学陀螺仪(50)，所述无源谐振光学陀螺仪包括腔(C)并且以三个频率工作，所述无源谐振光学陀螺仪包括：
-第一注入激光器(L1)，其配置为沿着第一方向将第一光束(F1)注入腔中；
-第二注射激光器(L2)，其配置为沿着与第一方向相反的方向将第二光束(F2)注入腔中；
-第三注入激光器(L3)，其配置为沿着两个上述方向中的一个方向将第三光束(F3)注入到腔中，
注入激光器之一的一个激光器被选择为主激光器(L1)，具有主频率(f1)，另外两个注入激光器分别表示为第一从激光器和第二从激光器(L2，L3)，分别具有第一从频率(f2)和第二从频率(f3)；
-主伺服控制器件(DA1)，其配置为将主频率(f1)直接伺服控制到对应于腔的谐振模式的本征频率，或者将对应于腔的谐振模式的本征频率伺服控制到主激光器的主频率；
-第一伺服控制级，其包括第一从器件(D2)和第二从器件(D3)，第一从器件(D2)和第二从器件(D3)配置为分别产生当第一从频率和第二从频分别对应于腔的谐振模式时具有最小绝对值的第一频率误差信号(ε2)和第二频率误差信号(ε3)；以及
-第二伺服控制级，其包括第一光学锁相器件(OPLL2-1)和第二光学锁相器件(OPLL3-1)，第一光学锁相器件(OPLL2-1)和第二光学锁相器件(OPLL3-1)分别包括配置为产生第一射频偏移信号和第二射频偏移信号的第一从振荡器(Osc2)和第二从振荡器(Osc3)，
所述第一光学锁相器件和第二光学锁相器件(OPLL2-1，OPLL3-1)配置为分别使第一从激光器(L2)与主激光器(L1)相干以及使第二从激光器(L3)与主激光器(L1)相干，并且将第一从频率和第二从频率(f2，f3)伺服控制到不同于与主频率(f1)相对应的谐振模式的腔的谐振模式，
根据第一伺服控制级的相应频率误差信号(ε2，ε3)来确定第二伺服控制级的每个射频偏移信号。
2.根据权利要求1所述的无源谐振光学陀螺仪，进一步包括：
-第一光电检测器(PhD13)，其配置为接收从沿着第一方向(F1，F3)注入的一个或多个光束中所获得的一个或多个光束(51，53)，其至少一部分已经至少一次通过腔；以及
-第二光电检测器(PhD2)，其配置为接收从沿着第二方向(F2)上注入的一个或多个光束中所获得的一个或多个光束(52)，其至少一部分已经至少一次通过腔，
所述光电检测器配置为从三个接收的光束中产生三个电信号，每个电信号被发送到主伺服控制器件或相应的第一从器件或第二从器件。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的无源谐振光学陀螺仪，其中，所述主伺服控制器件包括：
-主相位调制器(PM1)，其用于调制主激光器的光束；
-主解调器件(DM1)，其连接到光电检测器的相应输出，所述主解调器件包括：主移相器、主振荡器(Osc1)和主混合器，所述主振荡器在也被主相位调制器利用的预设的主振荡频率(fm1)下工作，所述主混合器用于混合由主振荡器和主移相器输出的信号，主频率误差信号(ε1)由主混合器输出的信号获得；以及
-主控制电子器件(ER1)，其配置为从主频率误差信号(ε1)中产生校正信号，并且直接控制主激光器(L1)的主频率(f1)或腔的长度，主激光器的频率保持恒定。
4.根据权利要求3所述的无源谐振光学陀螺仪，其中，所述主相位调制器包括在预设的主振荡频率(fm1)直接调制主激光器(L1)的供应电流的电信号。
5.根据前述权利要求中的一项所述的无源谐振光学陀螺仪，其中所述主伺服控制器件(DA1)为庞德-德勒-霍尔型器件。
6.根据前述权利要求中的一项所述的无源谐振光学陀螺仪，其中，所述第一伺服控制级的每个从器件(D2，D3)包括：
-相位调制器(PM2，PM3)，其用于调制相应从激光器的光束；
-解调器件(DM2，DM3)，其连接到已经检测到相应光束的光电检测器的输出，并且包括移相器、振荡器和混合器，所述振荡器以也被相应相位调制器利用的预设的振荡频率(fm2，fm3)工作，所述混合器用于混合由振荡器和移相器输出的信号，频率误差信号(ε2，ε3)从由混合器输出的信号中获得；以及
-控制电子器件(ER2，ER3)，其配置为从频率误差信号(ε2，ε3)中产生校正信号。
7.根据权利要求6所述的无源谐振光学陀螺仪，其中，所述相位调制器包括在预设的振荡频率(fm2，fm3)直接调制相应的从激光器(L2，L3)的供电电流的电信号。
8.根据前述权利要求中的一项所述的无源谐振光学陀螺仪，其中，第一光学锁相器件和第二光学锁相器件(OPLL2-1，OPLL3-1)分别包括第三光电检测器(PhDO12)和第四光电检测器(PhDO13)，第三光电检测器(PhDO12)和第四光电检测器(PhDO13)配置为从由主激光器(L1)输出的光束和由第一从激光器(L2)输出的光束以及从由主激光器(L1)输出的光束和由第二从激光器(L3)输出的光束中分别产生第一拍频信号和第二拍频信号。
9.根据权利要求8所述的无源谐振光学陀螺仪，其中，每个射频偏移信号具有可调谐的参考频率(f2ref，f3ref)和参考相位(Φ2ref，Φ3ref)，以及其中，每个光学锁相器件配置为控制相应从激光器的频率(f2，f3)，以将拍频信号伺服控制到射频偏移信号，利用从相应的频率误差信号(ε2，ε3)中获得的校正信号来使得参考频率等于腔的整数(n1，n2)个自由光谱范围(FSR)，每个从频率(f2，f3)然后分别从主频率(f1)偏移与相应参考频率(f2ref，f3ref)相对应的值。
10.根据权利要求9所述的无源谐振光学陀螺仪，其中，整数(n1，n2)使得相应的参考频率(f2ref，f3ref)包含在相应的第三光电检测器或第四光电检测器的通带中。
11.根据权利要求8至10中的一项所述的无源谐振光学陀螺仪，其中，每个光学锁相器件(OPLL2-1，OPLL3-1)包括混合器(M，M’)，所述混合器配置为将拍频信号的频率(f2-f1，f3-f1)转换为射频域中的转换频率(f2-f1-fdc，f3-f1-fdc’)，基于转换频率进行伺服控制。
12.根据权利要求9至11中的一项所述的无源谐振光学陀螺仪，其中，为了实现将拍频信号伺服控制到射频偏移信号，每个光学锁相器件(OPLL2-1，OPLL3-1)包括：
-相位比较器(PC，PC’)，其配置为分别将拍频信号或转换的信号的相位(Φ2，Φ3)与射频偏移信号的相位(Φ2ref，Φ3ref)相比较，比较器配置为产生相位误差信号(εΦ，εΦ’)；以及
-控制电子器件(ER，ER’)，其配置为基于相位误差信号(εΦ，εΦ’)来产生校正信号并控制从激光器(L2，L3)的从频率(f2，f3)。
13.根据权利要求2至12中的一项所述的无源谐振光学陀螺仪，其中，第一光电检测器和第二光电检测器(PHD13，PhD2)配置为接收至少部分地被腔反射的光束(51，52，53)。
14.根据权利要求2至12中的任一项所述的无源谐振光学陀螺仪，其中，第一光电检测器和第二光电检测器(PHD13，PhD2)配置为接收由腔传输的光束(51，52，53)。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的无源谐振光学陀螺仪，其中，包括光束的路径和实施所述陀螺仪所需的光学组件的光学模块以至少一个光子集成电路(PIC)的形式制造。
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