激光陀螺的频率修正

激光陀螺是一种利用激光干涉效应来测量角速度的精密仪器，它的核心工作原理基于Sagnac效应。Sagnac效应指的是在一个旋转参考系中，光沿旋转方向和逆旋转方向传播时，由于路径差异产生的时间差或相位差，进而导致干涉条纹的变化，通过这些变化可以精确测量出旋转角速度。 激光陀螺的工作原理是：在闭合路径中传播的两束逆方向的相干光波在相遇时发生干涉，当系统静止时，两束光波的路径长度相同，因此在相遇点的相位差为零，干涉条纹不会发生变化；而当系统旋转时，两束光波的路径长度会发生变化，产生相位差，干涉条纹会发生移动，根据相位差的变化可以计算出旋转角度。 在实际应用中，激光陀螺的光源通常不是理想的点光源，而是有一定宽度的光束，这就导致了实际路径和理论路径之间存在差异。当光束宽度有限时，光束的传播路径并非无限窄的封闭曲线，而是一个具有一定宽度的带状区域，这样就会造成光束内每一条几何光线绕行路程与面积的差异，导致频率的展宽现象。也就是说，整个光束在传播过程中产生的频移会包含一系列频移值，而这些频移值的总效应会导致频率展宽。 在本文中，研究者分析了这种由于有限光束宽度对拍频频率的修正因子，并且证明了任意正多边形光陀螺都具有同一形式的修正因子。通过计算圆形波导传输的光陀螺中的频率修正因子，并与Zubairy等人推导的结果进行比较，研究者验证了修正因子的适用性和准确性。 在方形光陀螺中，由于四个全反射镜构成的封闭回路，可以通过理论推导来计算修正因子。本文通过具体推导了方形光陀螺在有限光束宽度下的修正因子，并指出由于光束宽度有限，会导致频率展宽。具体来说，研究者通过代入相关参数，如光斑半径、光束宽度和路径周长等，得到了拍频值的修正公式，并从光线光学的角度解释了频差的产生。 在进一步的研究中，作者还考虑了激光陀螺中光源振荡的模分布问题，特别是最低阶模的高斯分布振幅。通过将模振幅分布简化为高斯分布，并略去腔内传播光束截面差别的高阶修正量，提出了适用于有源腔光陀螺的频率修正因子计算公式。这表明，在实际的激光陀螺系统中，光源的模分布特征对最终的频率修正因子是有影响的。 文章中还提到了光斑分布问题，即光斑是否能延伸到很远的地方，并说明了大部分光能是集中在光斑半径之内，这对于计算频率修正因子是非常重要的。 总结来说，本文详细分析了激光陀螺中有限光束宽度对拍频频率的影响，并给出了不同几何形状光陀螺的频率修正因子。通过对方形和圆形波导传输的光陀螺频率修正因子的计算和比较，证明了修正因子的通用性和重要性，为激光陀螺的设计和精确测量提供了理论依据。