阅读说明：本技术 基于光学谐振腔游标效应的光学陀螺 (Optical gyroscope based on vernier effect of optical resonant cavity ) 是由 王金芳 刘瑞鑫 朱一 王妍 薛永强 于浩泽 陈上碧 李家韡 于 2020-04-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及基于光学谐振腔游标效应的光学陀螺,包含宽带光源、分束器、第一耦合器、第一环形波导、第二耦合器、第二环形波导、合束器、光谱仪、处理系统；本发明具有两个独立的光学谐振腔：第一耦合器、第一环形波导构成第一环形谐振腔,第二耦合器、第二环形波导构成第二环形谐振腔；利用两光学谐振腔的输出光的干涉所产生的光学游标效应,同时获得旋转速度大小和旋转速度方向。本发明体积小、结构简单、精度高,不包含相位调制器件及相关的电信号产生和处理系统,不对光信号进行相位调制就能分辨旋转速度方向。(The invention relates to an optical gyroscope based on optical resonant cavity vernier effect, which comprises a broadband light source, a beam splitter, a first coupler, a first annular waveguide, a second coupler, a second annular waveguide, a beam combiner, a spectrometer and a processing system, wherein the broadband light source is connected with the beam splitter; the invention has two independent optical resonant cavities: the first coupler and the first annular waveguide form a first annular resonant cavity, and the second coupler and the second annular waveguide form a second annular resonant cavity; and simultaneously obtaining the rotation speed and the rotation speed direction by utilizing the optical vernier effect generated by the interference of the output light of the two optical resonant cavities. The invention has small volume, simple structure and high precision, does not contain a phase modulation device and a related electric signal generating and processing system, and can distinguish the rotating speed direction without carrying out phase modulation on optical signals.)

基于光学谐振腔游标效应的光学陀螺

技术领域

本发明涉及光学陀螺的技术领域，具体说就是一种基于光学谐振腔游标效应的光学陀螺。

背景技术

光学陀螺与机电式陀螺有着不同的工作原理，其没有机电式陀螺中机械转子产生的机械噪声和信号器产生的电气噪声，光学陀螺的噪声通常只处于量子效应水平，相对而言，光学陀螺的测量阈值一般要比机电式陀螺高，但光学陀螺的长期稳定性要优于机电式陀螺，且光学陀螺还具有启动快、寿命长、功耗低、体积小等优点。光学陀螺的工作原理基于Sagnac效应，光波在传输过程中，由于相对惯性空间的旋转，会产生额外的相位，如果在任意几何形状的闭合光路中，从某一个观察点发出的一对光波沿相反方向传输又回到该观察点时，这对光波的相位将因闭合光路相对惯性空间的旋转而不同，这对光波的相位差的大小与光路的旋转速度大小成正比。

目前，传统的谐振式光学陀螺采用的是一个光学谐振腔，当陀螺旋转时，光波在光学谐振腔中的谐振频率会随旋转速度而变化，对于在光学谐振腔中相向传输的两束光波，二者的传输方向相反，其中一束光波的传输方向与旋转速度方向相同，而另一束光波的传输方向与旋转速度方向相反，因此，这两束相向传输的光波的谐振频率是不同的，且二者谐振频率间的差值与旋转速度大小成正比，所以通过检测两束相向传输的光波间的谐振频率差值，可测量旋转速度大小。

但是，对于传统的谐振式光学陀螺，只有一个光学谐振腔，光波的谐振谱较宽，导致陀螺的精度难以进一步提升；另一方面，陀螺中相向传输的两光波均在同一光学谐振腔中发生谐振，两光波的谐振谱相同，无法区分，因此，难以分辨旋转速度方向，需要加入相位调制器等光学器件及复杂的信号处理系统，才能分辨旋转速度方向，这种分辨旋转速度方向的方式增加了陀螺结构的复杂性、引入了相应的噪声，并进一步降低了陀螺的精度。

发明内容

基于以上不足之处，本发明提供一种基于光学谐振腔游标效应的光学陀螺，克服了目前光学陀螺体积大、结构复杂、精度低等问题，特别是克服了难以分辨旋转速度方向的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种基于光学谐振腔游标效应的光学陀螺，包含宽带光源、分束器、第一耦合器、第一环形波导、第二耦合器、第二环形波导、合束器、光谱仪、处理系统；

宽带光源的光输出端连接分束器的光输入端，分束器的第一光输出端连接第一耦合器的第一光输入端；第一耦合器的第一光输出端、第二光输入端连接第一环形波导，第一耦合器的第二光输出端连接合束器的第一光输入端；分束器的第二光输出端连接第二耦合器的第一光输入端；第二耦合器的第一光输出端、第二光输入端连接第二环形波导，第二耦合器的第二光输出端连接合束器的第二光输入端；合束器的光输出端连接光谱仪的光输入端，光谱仪的电输出端连接处理系统的电输入端，处理系统的电输出端输出陀螺输出信号；

其中，所述的第一耦合器、第一环形波导构成第一环形谐振腔；所述的第二耦合器、第二环形波导构成第二环形谐振腔；宽带光源的输出光经分束器后分为第一束光与第二束光，第一束光经第一耦合器进入第一环形谐振腔，并再经第一耦合器进入合束器，而由合束器的光输出端输出；第二束光经第二耦合器进入第二环形谐振腔，并再经第二耦合器进入合束器，而由合束器的光输出端输出，第一束光与第二束光在合束器的光输出端相遇并发生干涉，合束器输出的干涉光进入光谱仪，由光谱仪采集干涉光的光谱，将干涉光的光谱转化为光谱电压信号，并将光谱电压信号输入处理系统，处理系统输出的陀螺输出信号包含旋转速度大小及方向。

可选地，所述第一耦合器的耦合系数与第二耦合器的耦合系数不同。

可选地，所述第一环形波导的折射率与第二环形波导的折射率相同。

可选地，所述第一环形谐振腔的长度与第二环形谐振腔的长度不同。

可选地，所述宽带光源的带宽，至少是第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1与第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2的最小公倍数的10倍。

可选地，所述第一耦合器与第二耦合器，均为2×2耦合器；所述分束器与合束器均为1×2耦合器，且耦合比均为50:50。

可选地，第一环形谐振腔的透射谱为等频率间隔的第一透射谷，此频率间隔为第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1，且第一透射谷的最小透射率为第一环形谐振腔的谐振频率处的透射率；

第二环形谐振腔的透射谱为等频率间隔的第二透射谷，此频率间隔为第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2，且第二透射谷的最小透射率为第二环形谐振腔的谐振频率处的透射率；第一透射谷的最小透射率与第二透射谷的最小透射率不同；

第一束光在第一环形谐振腔中的传输方向与第二束光在第二环形谐振腔中的传输方向相反；陀螺旋转时，第一透射谷与第二透射谷在频率轴上的移动方向相反。

可选地，当第一透射谷的中心频率与第二透射谷的中心频率不同时，第一透射谷在干涉光的光谱中形成第三透射谷，第二透射谷在干涉光的光谱中形成第四透射谷；当第一透射谷的中心频率与第二透射谷的中心频率相同时，第一透射谷与第二透射谷共同在干涉光的光谱中形成第五透射谷；

第三透射谷的最小透射率与第四透射谷的最小透射率的比率，与第一透射谷的最小透射率与第二透射谷的最小透射率的比率相同；

若第一透射谷的最小透射率大于第二透射谷的最小透射率，在干涉光的光谱中，第五透射谷的最小透射率最小，第三透射谷的最小透射率最大；若第一透射谷的最小透射率小于第二透射谷的最小透射率，在干涉光的光谱中，第五透射谷的最小透射率最小，第四透射谷的最小透射率最大。

可选地，光谱仪采集干涉光的光谱，将干涉光的光谱转化为光谱电压信号并输入处理系统；

在陀螺静止时，处理系统获取第一谐振频率，并将其作为原点；

在陀螺旋转时，根据第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1、第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2、第一束光在第一环形谐振腔中的传输方向、第二束光在第二环形谐振腔中的传输方向，处理系统获取第二谐振频率、第三透射谷与第四透射谷在干涉光的光谱中的移动方向，进而在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x，利用频差x与旋转速度大小的正比关系，计算得出旋转速度大小；并且，根据第三透射谷或第四透射谷在干涉光的光谱中的移动方向确定旋转速度方向。

可选地，陀螺静止时，在干涉光的光谱中确定任意一个第五透射谷的中心频率称为第一谐振频率，并将第一谐振频率作为原点；

当陀螺顺时针旋转，第一束光在第一环形谐振腔中的传输方向为顺时针，而第二束光在第二环形谐振腔中的传输方向为逆时针时，第五透射谷分裂为向低频方向的第三透射谷，和向高频方向移动的第四透射谷；

如果第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1大于第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2，则在高频方向确定距离原点最近的第五透射谷的中心频率称为第二谐振频率；将第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1作为标尺、第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2作为游尺，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x；

如果第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1小于第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2，则在低频方向确定距离原点最近的第五透射谷的中心频率称为第二谐振频率，将第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2作为标尺、第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1作为游尺，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x。

可选地，陀螺静止时，在干涉光的光谱中确定任意一个第五透射谷的中心频率称为第一谐振频率，并将第一谐振频率作为原点；

当陀螺顺时针旋转，第一束光在第一环形谐振腔中的传输方向为逆时针，而第二束光在第二环形谐振腔中的传输方向为顺时针时，第五透射谷分裂为向高频方向移动的第三透射谷，和向低频方向移动的第四透射谷；

如果第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1大于第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2，则在低频方向确定距离原点最近的第五透射谷的中心频率称为第二谐振频率，将第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1作为标尺、第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2作为游尺，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x；

如果第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1小于第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2，则在高频方向确定距离原点最近的第五透射谷的中心频率称为第二谐振频率，将第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2作为标尺、第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1作为游尺，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x。

可选地，陀螺静止时，在干涉光的光谱中确定任意一个第五透射谷的中心频率称为第一谐振频率，并将第一谐振频率作为原点；

当陀螺逆时针旋转，第一束光在第一环形谐振腔中的传输方向为顺时针，而第二束光在第二环形谐振腔中的传输方向为逆时针时，第五透射谷分裂为向高频方向移动的第三透射谷，和向低频方向移动的第四透射谷；

如果第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1大于第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2，则在低频方向确定距离原点最近的第五透射谷的中心频率称为第二谐振频率，将第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1作为标尺、第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2作为游尺，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x；

如果第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1小于第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2，则在高频方向确定距离原点最近的第五透射谷的中心频率称为第二谐振频率，将第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2作为标尺、第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1作为游尺，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x。

可选地，陀螺静止时，在干涉光的光谱中确定任意一个第五透射谷的中心频率称为第一谐振频率，并将第一谐振频率作为原点；

当陀螺逆时针旋转，第一束光在第一环形谐振腔中的传输方向为逆时针，而第二束光在第二环形谐振腔中的传输方向为顺时针时，第五透射谷分裂为向低频方向移动的第三透射谷，和向高频方向移动的第四透射谷；

如果第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1大于第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2，则在高频方向确定距离原点最近的第五透射谷的中心频率称为第二谐振频率，将第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1作为标尺、第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2作为游尺，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x；

如果第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1小于第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2，则在低频方向确定距离原点最近的第五透射谷的中心频率称为第二谐振频率，将第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2作为标尺、第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1作为游尺，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x。

可选地，所述的处理系统进一步包含采样电路、对比分析电路、输出电路；采样电路的电输入端为处理系统的电输入端，输出电路的电输出端为处理系统的电输出端；光谱仪的电输出端连接采样电路的电输入端，采样电路的电输出端连接对比分析电路的电输入端，对比分析电路的电输出端连接输出电路的电输入端，输出电路的电输出端输出陀螺输出信号；

采样电路接收光谱仪输出的光谱电压信号，并将其送入对比分析电路；对比分析电路在陀螺静止时，记录第一谐振频率，并将第一谐振频率作为原点；对比分析电路在陀螺旋转时，记录第二谐振频率、第三透射谷与第四透射谷在频率轴上的移动方向，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x，由频差x计算得出旋转速度大小，并且通过第三透射谷或第四透射谷在频率轴上的移动方向确定旋转速度方向；对比分析电路将旋转速度大小与旋转速度方向信息送入输出电路，输出电路输出包含旋转速度大小及方向的陀螺输出信号。

本发明所述基于光学谐振腔游标效应的光学陀螺，包含两个独立的光学谐振腔，利用两光学谐振腔的输出光的干涉所产生的光学游标效应，同时获得旋转速度大小和旋转速度方向，因此，本发明体积小、结构简单、精度高，不包含相位调制器件及相关的电信号产生和处理系统，不对光信号进行相位调制就能分辨旋转速度方向。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2是图1中处理系统的电路结构示意图。

具体实施方式

结合图1、图2说明本发明的具体实施方式。所述基于光学谐振腔游标效应的光学陀螺，包含宽带光源1、分束器2、第一耦合器3、第一环形波导4、第二耦合器5、第二环形波导6、合束器7、光谱仪8、处理系统9。

宽带光源1的光输出端连接分束器2的光输入端，分束器2的第一光输出端连接第一耦合器3的第一光输入端；第一耦合器3的第一光输出端、第二光输入端连接第一环形波导4，第一耦合器3的第二光输出端连接合束器7的第一光输入端；分束器2的第二光输出端连接第二耦合器5的第一光输入端；第二耦合器5的第一光输出端、第二光输入端连接第二环形波导6，第二耦合器5的第二光输出端连接合束器7的第二光输入端；合束器7的光输出端连接光谱仪8的光输入端，光谱仪8的电输出端连接处理系统9的电输入端，处理系统9的电输出端输出陀螺输出信号。

其中，所述的第一耦合器3、第一环形波导4构成第一环形谐振腔；所述的第二耦合器5、第二环形波导6构成第二环形谐振腔。

第一耦合器3的耦合系数与第二耦合器5的耦合系数不同。

第一环形波导4的折射率与第二环形波导6的折射率相同。

第一环形谐振腔的长度与第二环形谐振腔的长度不同。

光波在第一环形谐振腔中的传输方向与光波在第二环形谐振腔中的传输方向相反，例如，如果光波在第一环形谐振腔中的传输方向为逆时针方向，则光波在第二环形谐振腔中的传输方向为顺时针方向。

所述的宽带光源1的带宽，至少是第一环形谐振腔的自由谱宽与第二环形谐振腔的自由谱宽的最小公倍数的10倍。

所述的第一耦合器3与第二耦合器5，均为2×2耦合器。

所述的分束器2与合束器7，均为1×2耦合器，且耦合比均为50:50。

所述光学陀螺的工作原理：

宽带光源1的输出光经分束器2后分为两束光，称为第一束光与第二束光，第一束光经第一耦合器3进入第一环形谐振腔，并再经第一耦合器3进入合束器7，而由合束器7的光输出端输出；第二束光经第二耦合器5进入第二环形谐振腔，并再经第二耦合器5进入合束器7，而由合束器7的光输出端输出，第一束光与第二束光在合束器7的光输出端相遇并发生干涉，从而产生干涉光，合束器7输出的干涉光进入光谱仪8，由光谱仪8采集干涉光的光谱、将干涉光的光谱转化为光谱电压信号，并将光谱电压信号输入处理系统9。

所述的第一耦合器3、第一环形波导4构成第一环形谐振腔；光进入第一环形谐振腔时，如果满足第一环形谐振腔的长度与第一环形波导4的折射率的乘积是光波长的整数倍，称这些光波长为第一环形谐振腔的谐振波长；第一环形谐振腔的谐振波长所对应的光频率称为第一环形谐振腔的谐振频率，第一环形谐振腔的任意两相邻谐振频率的频率间隔相等，且该频率间隔称为第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1，光频率为第一环形谐振腔的谐振频率的光均可在第一环形谐振腔中发生谐振，且谐振时光的透射率最小，谐振时光的透射率由第一耦合器3的耦合系数决定。

所述的第二耦合器5、第二环形波导6构成第二环形谐振腔；光进入第二环形谐振腔时，如果满足第二环形谐振腔的长度与第二环形波导6的折射率的乘积是光波长的整数倍，称这些光波长为第二环形谐振腔的谐振波长；第二环形谐振腔的谐振波长所对应的光频率称为第二环形谐振腔的谐振频率，第二环形谐振腔的任意两相邻谐振频率的频率间隔相等，且该频率间隔称为第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2，光频率为第二环形谐振腔的谐振频率的光均可在第二环形谐振腔中发生谐振，且谐振时光的透射率最小，谐振时光的透射率由第二耦合器5的耦合系数决定。

由于第一耦合器3的耦合系数与第二耦合器5的耦合系数不同，因此，第一环形谐振腔的谐振频率处的透射率与第二环形谐振腔的谐振频率处的透射率不同。

由于第一环形波导4的折射率与第二环形波导6的折射率相同、且第一环形谐振腔的长度与第二环形谐振腔的长度不同，因此，第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1与第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2不同。

由于宽带光源1的带宽，至少是第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1与第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2的最小公倍数的10倍，因此，宽带光源1的输出光包含大量的第一环形谐振腔的谐振频率，以及第二环形谐振腔的谐振频率。

当宽带光源1输出第一束光经第一环形谐振腔输出后，由于光频率为第一环形谐振腔的谐振频率的光透射率最小，因此，第一环形谐振腔的透射谱为等频率间隔的第一透射谷，此频率间隔即为第一环形谐振腔的自由谱宽FSR1，且第一透射谷的最小透射率即为第一环形谐振腔的谐振频率处的透射率。

当宽带光源1输出的第二束光经第二环形谐振腔输出后，由于光频率为第二环形谐振腔的谐振频率的光透射率最小，因此，第二环形谐振腔的透射谱为等频率间隔的第二透射谷，此频率间隔即为第二环形谐振腔的自由谱宽FSR2，且第二透射谷的最小透射率即为第二环形谐振腔的谐振频率处的透射率。

由于第一耦合器3的耦合系数与第二耦合器5的耦合系数不同，导致第一环形谐振腔的谐振频率处的透射率与第二环形谐振腔的谐振频率处的透射率不同，因此，第一透射谷的最小透射率与第二透射谷的最小透射率也不同。

第一束光与第二束光在合束器7的光输出端相遇并发生干涉，从而产生干涉光，干涉光的光谱是由第一环形谐振腔的透射谱与第二环形谐振腔的透射谱间的干涉所产生的，因此，干涉光的光谱既包含第一环形谐振腔的透射谱中的第一透射谷所导致的透射谷，又包含第二环形谐振腔的透射谱中的第二透射谷所导致的透射谷，这样，干涉光的光谱中会形成三种透射谷，分别为第三透射谷、第四透射谷、第五透射谷，当第一透射谷的中心频率与第二透射谷的中心频率不同时，第一透射谷在干涉光的光谱中形成第三透射谷，第二透射谷在干涉光的光谱中形成第四透射谷，当第一透射谷的中心频率与第二透射谷的中心频率相同时，第一透射谷与第二透射谷共同在干涉光的光谱中形成第五透射谷。

由于分束器2与合束器7均为1×2耦合器、且耦合比均为50:50，因此，第三透射谷的最小透射率与第四透射谷的最小透射率的比率，与第一透射谷的最小透射率与第二透射谷的最小透射率的比率，这两个比率相同；由于第一透射谷的最小透射率与第二透射谷的最小透射率不同，因此，可由第三透射谷的最小透射率与第四透射谷的最小透射率，区分第三透射谷与第四透射谷；由于第一透射谷与第二透射谷共同在干涉光的光谱中形成第五透射谷，因此，相比于第三透射谷与第四透射谷，第五透射谷的最小透射率最小。

这样，干涉光的光谱中的第三透射谷、第四透射谷、第五透射谷都是可区分的；如果第一透射谷的最小透射率大于第二透射谷的最小透射率，在干涉光的光谱中，第五透射谷的最小透射率最小，第三透射谷的最小透射率最大；如果第一透射谷的最小透射率小于第二透射谷的最小透射率，在干涉光的光谱中，第五透射谷的最小透射率最小，第四透射谷的最小透射率最大。

旋转速度会改变环形谐振腔的谐振频率，谐振频率的变化量与旋转速度大小成正比，而旋转速度方向决定谐振频率向高频或低频方向移动，由于第一束光在第一环形谐振腔中的传输方向与第二束光在第二环形谐振腔中的传输方向相反，因此，陀螺旋转时，第一透射谷与第二透射谷在频率轴上的移动方向相反。

当陀螺静止时，在干涉光的光谱中确定任意一个第五透射谷的中心频率，此中心频率称为第一谐振频率，并将第一谐振频率作为原点。

(1)当陀螺顺时针旋转时，如果第一束光在第一环形谐振腔中的传输方向为顺时针、而第二束光在第二环形谐振腔中的传输方向为逆时针时，此时，第五透射谷分裂为第三透射谷、第四透射谷，且第三透射谷向低频方向移动、而第四透射谷向高频方向移动；如果FSR1大于FSR2，则在高频方向确定距离原点最近的第五透射谷的中心频率，此中心频率称为第二谐振频率，将FSR1作为标尺、FSR2作为游尺，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x；如果FSR1小于FSR2，则在低频方向确定距离原点最近的第五透射谷的中心频率，此中心频率称为第二谐振频率，将FSR2作为标尺、FSR1作为游尺，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x。

(2)当陀螺顺时针旋转时，如果第一束光在第一环形谐振腔中的传输方向为逆时针、而第二束光在第二环形谐振腔中的传输方向为顺时针时，此时，第五透射谷分裂为第三透射谷、第四透射谷，且第三透射谷向高频方向移动、而第四透射谷向低频方向移动；如果FSR1大于FSR2，则在低频方向确定距离原点最近的第五透射谷的中心频率，此中心频率称为第二谐振频率，将FSR1作为标尺、FSR2作为游尺，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x；如果FSR1小于FSR2，则在高频方向确定距离原点最近的第五透射谷的中心频率，此中心频率称为第二谐振频率，将FSR2作为标尺、FSR1作为游尺，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x。

(3)当陀螺逆时针旋转时，如果第一束光在第一环形谐振腔中的传输方向为顺时针、而第二束光在第二环形谐振腔中的传输方向为逆时针时，此时，第五透射谷分裂为第三透射谷、第四透射谷，且第三透射谷向高频方向移动、而第四透射谷向低频方向移动；如果FSR1大于FSR2，则在低频方向确定距离原点最近的第五透射谷的中心频率，此中心频率称为第二谐振频率，将FSR1作为标尺、FSR2作为游尺，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x；如果FSR1小于FSR2，则在高频方向确定距离原点最近的第五透射谷的中心频率，此中心频率称为第二谐振频率，将FSR2作为标尺、FSR1作为游尺，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x。

(4)当陀螺逆时针旋转时，如果第一束光在第一环形谐振腔中的传输方向为逆时针、而第二束光在第二环形谐振腔中的传输方向为顺时针时，此时，第五透射谷分裂为第三透射谷、第四透射谷，且第三透射谷向低频方向移动、而第四透射谷向高频方向移动；如果FSR1大于FSR2，则在高频方向确定距离原点最近的第五透射谷的中心频率，此中心频率称为第二谐振频率，将FSR1作为标尺、FSR2作为游尺，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x；如果FSR1小于FSR2，则在低频方向确定距离原点最近的第五透射谷的中心频率，此中心频率称为第二谐振频率，将FSR2作为标尺、FSR1作为游尺，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x。

由于FSR1、FSR2、第一束光在第一环形谐振腔中的传输方向、第二束光在第二环形谐振腔中的传输方向均是已知的，且频差x与旋转速度大小成正比，因此，可由频差x计算得出旋转速度大小，并可由第三透射谷或第四透射谷在干涉光的光谱中的移动方向确定旋转速度方向。

光谱仪8采集干涉光的光谱、将干涉光的光谱转化为光谱电压信号，并将光谱电压信号输入处理系统9，处理系统9获取第一谐振频率即原点、第二谐振频率、第三透射谷与第四透射谷在频率轴上的移动方向、并读取频差x，由频差x获得旋转速度大小，同时，由第三透射谷或第四透射谷在频率轴上的移动方向获得旋转速度方向，最后，处理系统9输出陀螺输出信号，陀螺输出信号包含旋转速度大小及方向。

如图2所示，本发明所述的处理系统9，包含采样电路9-1、对比分析电路9-2、输出电路9-3。采样电路9-1的电输入端为处理系统9的电输入端，输出电路9-3的电输出端为处理系统9的电输出端；光谱仪8的电输出端连接采样电路9-1的电输入端，采样电路9-1的电输出端连接对比分析电路9-2的电输入端，对比分析电路9-2的电输出端连接输出电路9-3的电输入端，输出电路9-3的电输出端输出陀螺输出信号。

处理系统9的工作原理：光谱仪8采集干涉光的光谱、将干涉光的光谱转化为光谱电压信号，并将光谱电压信号输入采样电路9-1，采样电路9-1将此光谱电压信号送入对比分析电路9-2，对比分析电路9-2先在陀螺静止时，记录第一谐振频率，并将第一谐振频率作为原点，然后在陀螺旋转时，记录第二谐振频率、第三透射谷与第四透射谷在频率轴上的移动方向，在第二谐振频率处按照游标卡尺的读数方法获得频差x，由频差x计算得出旋转速度大小，同时，由第三透射谷或第四透射谷在频率轴上的移动方向确定旋转速度方向，最后，将旋转速度大小与旋转速度方向信息送入输出电路9-3，输出电路9-3输出陀螺输出信号，陀螺输出信号包含旋转速度大小及方向。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。