主要内容：环形激光陀螺仪（RLG）作为主流产品，几十年来在高端惯性传感器市场占据主导地位，始终在超高精度惯性导航系统、自动导航平台甚至基础科学设施中发挥着关键作用。与其他光学陀螺仪不同，RLG最显著的特点在于光源和传感的集成：它本质上是一种氦-氖激光器，同时产生与旋转速率成正比的拍频信号。这个拍频信号源于萨尼亚克效应，导致顺时针（CW）和逆时针（CCW）激光模式之间的频率分裂。 然而，在低旋转速率下，由于背向散射耦合，CW和CCW模式的频率不可避免地退化，导致拍频信号的丧失。这是激光陀螺仪固有的一个根本挑战，称为锁定效应。目前克服锁定效应的方法涉及两种成熟技术：双频机械抖动的RLG和磁光偏置的四频差分RLG。然而，这两种偏置方法都依赖外部组件（抖动电机和磁光晶体），其可靠性在恶劣环境（例如深空探索）中面临挑战，还需满足高精度惯性导航设备的小型化和集成需求。一个替代自偏置概念已被提出，利用强烈的TEM00模式和弱TEM01模式之间的强度依赖非线性相互作用，然而，由于其复杂的多模动力学和未解决的工程挑战，其实际实现仍然难以捉摸。值得注意的是，手性现象在光学手性系统中普遍存在，为光的操控、计算和传感提供了额外的自由度，使得手性逻辑门、光-物质相互作用和超材料工程等转型应用成为可能。在这些自然和前沿研究中多种形式的非对称性和手性中，本研究专注于通过手性自发对称性破缺（SSB）打破RLG中反向传播模式的强度对称性，从而创造出一种结构更简单的自偏置手性激光陀螺仪。图1：手性偏置氦-20氖RLG的工作原理。环形谐振腔填充有氦-20氖单同位素增益气体。与压电换能器（PZT）相关的镜子可实现纳米级腔长调谐，总调谐范围超过3μm。手性CW和CCW模式的强度可以从输出镜子观察到。三个步骤诱导手性。首先，通过腔长调谐将激光频率移向氖-20原子的增益中心（例如，100纳米位移对应于该腔中的约126 MHz频率调谐）。其次，靠近增益中心的镜像光谱孔燃烧重叠诱导非线性模式耦合。第三，非线性耦合触发手性SSB（CW或CCW激光模式的强度）。增强非线性耦合的关键机制。CW或CCW模式通常在不同的原子子种群中独立激发，而它们被迫在接近氖-20增益中心的光谱孔燃烧重叠区域竞争共享增益原子。重叠区域决定了非线性耦合强度。非手性RLG中的锁定效应导致低旋转速率下信号衰减。手性RLG通过SSB产生频率偏置，消除了锁定效应。SSB由非手性（退化模式）状态转向手性状态（强度和频率分裂模式），随着非线性耦合强度的增加，CW和CCW激光模式的频率分裂与强度差成正比。最近的研究表明，SSB可以通过克尔非线性效应或固体光学系统中的特例实现，并主要集中在单向光传输或非对称激光发射。在这里，我们通过氦-20氖单同位素气体激光中的模式竞争直接诱导SSB。与被锁定区域限制的非手性RLG相反，手性偏置的RLG能够打破锁定。