光学谐振腔具有品质因数超高和模式体积极小的特点,因而在超高灵敏度的传感应用等方面受到广泛关注并展开相应地研究。作为谐振式光学陀螺的核心单元和高灵敏度传感的良好载体,本论文对谐振式光学陀螺系统关键技术指标优化开展研究。基于Sagnac效应,本文分析了谐振腔传输原理、谐振式光学陀螺工作原理,指出提高陀螺系统信噪比是获得高精度陀螺的关键。然而,由于陀螺系统敏感机理及检测原理,将谐振式光学陀螺推广应用还面临多方面挑战,包括:两路光信号间的频率差十分微弱(通常在nV量级)、信号检测强烈依赖于系统的互易性等。这些挑战集中体现在如何提高陀螺系统中的有效信号(即获得更大的标度因数)和如何抑制影响陀螺输出指标的主要噪声,即强度噪声、背向噪声、偏振波动噪声等。本文面向高Q值光学谐振腔陀螺系统应用,开展提升信噪比关键技术研究。相关研究内容可归纳为以下几个方面:1、分析并抑制了陀螺系统中光电器件引入的两种强度噪声。针对半导体激光器的伴随强度调制引入系统的强度噪声,提出二次谐波解决方案,测试得到该方案响应时间小于0.1ms,强度调制范围可达6mW,满足陀螺系统的实际应用。针对相位调制器的残余强度调制,首次提出单相位调制器的解决方案并搭建测试系统,测试得到将残余强度调制引入的系统噪声降低至极限灵敏度以下。2、理论和实验分析测试了双法拉第旋转系统对陀螺系统中非互易性噪声的抑制,大幅提高谐振谱线的对称性。针对谐振式光学陀螺系统光路中存在的非互易性噪声,首次提出采用双法拉第旋转系统抑制方案,测试了该方案对陀螺系统中的背向噪声、偏振波动噪声抑制性能,测试结果表明:1)双法拉第旋转系统与谐振式光学陀螺系统具有较好的兼容性。双法拉第旋转系统具有插入损耗低(0.51dB),光路结构具有严格的互易性,满足陀螺系统的工作需求。2)双法拉第旋转系统可抑制谐振式光学陀螺系统中的非互易性噪声。建立了腔内单点背散射模型,分析陀螺系统中第一类、第二类背向散射噪声,提出回波抑制法同时抑制两类背向散射噪声,实现112dB的高回波抑制比将背向散射噪声抑制至极限灵敏度以下,打破了利用载波抑制法抑制背向散射噪声的常规。利用琼斯矩阵,建立双法拉第旋转系统的偏振数学模型,分析陀螺系统中的偏振波动噪声,搭建测试平台测试得到双法拉第旋转系统偏振态旋转角为89.757°,偏振消光比为25.35dB,将偏振波动噪声抑制至极限灵敏度以下。3、提出了基于掺铒光纤作为增益介质的有源谐振腔系统方案,搭建了有源谐振腔陀螺系统并进行相应的测试。分析了在物理能级上掺杂铒离子的有源增益机理,结合陀螺系统分析了利用有源谐振腔泵浦增益补偿光耦合传输时的传输损耗,提出具有透射式谐振特性的有源谐振腔具有更大的标度因数,并通过实验测试对比得到有源谐振腔比无源谐振腔标度因数提高2.7倍,实现信噪比的提高。