陀螺仪是测量载体平台的角速度的装置。在惯性导航系统中,陀螺仪是非常重要的组成部分。惯性导航的性能很大程度上取决于陀螺仪的性能。迄今为止,主流的陀螺仪主要包括转子式陀螺仪、光学陀螺仪、微机电陀螺等。它们都在不同的方面表现出各自的优点,因而在不同的场合都得到广泛的应用。转子式陀螺仪具有极高的精度,光学陀螺仪精度中等、工作稳定,而微机电陀螺仪价格低、易于集成化。仅仅在技术和工艺上对这些陀螺仪进行改进,对陀螺仪性能的提升比较有限。因而,人们研究了一些基于新原理的陀螺仪。比如核磁共振陀螺仪、超流体陀螺仪、原子干涉陀螺仪等。另一方面,近些年来,得益于微纳加工技术的进步,量子光力学也得到了蓬勃的发展。光力系统是指光学模式与机械模式耦合的系统,用量子的方法研究光力系统的科学称为量子光力学。光力系统在量子态制备与操控、信息传递控制和机械模式冷却等方面都有广泛的应用。在精密测量方面,光力系统的应用也得到了深入的研究。比如应用量子光力学对微小位移、质量的测量,对温度、加速度、引力波的测量等。将光力系统应用于角速度的测量,就构成光力学陀螺仪。本论文的主要内容是在其他人关于光力学陀螺仪的工作的基础上,进一步研究光力学陀螺仪。论文的主要内容分为以下三个部分。第一部分为第一章和第二章。第一章的内容是陀螺仪和光力学的背景和现状,以及已有的光力学陀螺仪工作。第二章的内容是量子光力学和陀螺仪理论基础和常用的处理方法。其中关于光力学的内容包括标准光力系统的模型、哈密顿量、朗之万方程、稳态及线性化、涨落谱和零差测量。关于陀螺仪的内容,主要指双模机械振子在旋转坐标系下的经典和量子的动力学描述。第二部分包括第三章和第四章,是本论文的主体部分。第三章的内容是有机械驱动的光力学陀螺仪。如果对双模机械振子的一个模式加正弦形式的驱动力,另一个模式就会感受到正弦形式的科里奥利力。这个机械模式在科里奥利力的作用下振动,其振幅与平台旋转的角速度成正比。用光力系统测量振幅,就可以推断出平台旋转的角速度。另外,本章内容还包括用量子噪声相干消除的方法来改进光力学陀螺仪。这种方法旨在消除光腔对振子的反作用噪声,从而突破标准量子极限,提高光力学陀螺仪的灵敏度。第四章的内容是无机械驱动的光力学陀螺仪。在不加机械驱动的情况下,机械模式仍然存在热运动,那么平台旋转导致的科里奥利力仍然会将两个机械模式耦合起来。这诱导了两个效应:机械振子位移的涨落谱与两机械模式不耦合时不同,并且与耦合强度相关;两个机械模式的耦合意味着存在简正模式的频率劈裂。这两个效应都与旋转角速度有关,并且可以在实验上测量,可以作为陀螺仪工作的基础。第三部分是第五章,其内容是应用类似电磁诱导透明的方法来改进边带冷却的工作。对机械模式的冷却也有潜力改进光力陀螺仪。因为一般情况下,机械噪声是光力陀螺的一个重要噪声来源,对机械模式的冷却有助于降低此噪声,提高光力陀螺仪的灵敏度。在主要内容之后,我们给出本论文的总结并展望将来可能进行的工作。这是第六章的内容。