工业和军事领域对转动传感的广泛需求驱使人们研究灵敏度更高、尺寸更小和功耗更低的转动(角速度)传感装置。在过去的几十年中，基于光波导和光纤的陀螺装置已经成功实现，并在各个应用中发挥了巨大的作用。所有光学陀螺仪的基本原理都是检测相向传播的两束波由旋转导致的非互易效应。该效应由Sagnac首先发现，人们已对其进行了广泛讨论和研究。随着最近光子学的发展，各种新型光子材料和光子结构的出现，原来通过确定的光学路径来描述光在旋转参照系中的行为特征已不适合，使得人们需要重新审视旋转参考系下Sagnac效应的表现，并探索新的机制和原理以增强这种效应，满足空间飞行器、运载工具、机器人、高精度加工等领域对高精度、低载荷陀螺装置的需求。　　 本文提出利用耦合谐振慢光结构增强Sagnac效应的机理。首先从Lorentz变换出发推导了高色散介质中的Sagnac效应；用传递函数微扰方法计算了高色散慢光结构中的Sagnac效应。澄清了国际上无谐振回路高色散慢光介质是否用于“绝对运动”传感认识的争论，证明基于耦合谐振的高色散慢光结构可以用于角速度测量陀螺装置。定义了在耦合谐振结构中波的传播“方向要求”条件，由耦合谐振结构的色散关系获得Sagnac效应增强效果的上限估计。　　 进一步，本文提出利用耦合谐振感应透明效应(coupled resonatorinduced transparent CRIT)构造陀螺装置。CRIT是一种电磁感应透明(ElectromagneticalIv Induced Transparency，EIT)现象的全经典类比，Sagnac效应对CRIT结构的扰动等价于对EIT原子能级失谐量的微扰，因此可得到对Sagnac效应的巨大增强作用。特别针对基于CRIT结构的陀螺设计过程中涉及的如加工可能性、工作带宽、散弹噪声灵敏度量子极限等问题进行了详细讨论。　　 CRIT结构只是耦合谐振结构的一种特例，如何分析包含复杂耦合谐振结构的光子晶体、集成光电子系统中的Sagnac效应是国际上微纳光电子研究中还没有引起足够重视的重要问题。本文利用谐振腔局域态之间具有隧穿耦合效应的量子力学描述，并同时考虑旋转谐振微腔的模式分裂，提出利用格林函数矩阵方法来计算分析复杂耦合谐振系统中的Sagnac效应。其实质是系统总的响应等价于一组相互独立的多路径散射态相干叠加。利用这种方法分析表明，高Q谐振腔对于Sagnac效应增强具有重要意义。　　 为对耦合谐振结构进行器件级的设计，本文提出了一种旋转参考系中的时域有限差分算法。该算法基于旋转参考系中修正的本构关系，并重新对Maxwell方程离散化，得到一种对旋转光子器件中Sagnac效应建模的系统方法。计算了旋转参考系中沿直波导传播电磁波的Sagnac相移，仿真结果与理论十分吻合。这证明提出的时域有限差分算法能够有效地建模Sagnac效应，可用于各种具有复杂几何结构和材料性质的器件在旋转参照系下的性能评估。本文对该算法涉及的如插值算法、数值稳定性、介质边界条件、完全匹配层边界条件等问题进行了深入讨论。　　 另一方面，由于填充反常色散介质的谐振腔中Sagnac效应可得到正反馈的放大，本文从实验方面研究了掺铒光纤中由相干布居振荡机制引入的快/慢光效应和反常色散。通过对掺铒光纤中双向传播信号的分析，发现相干布居振荡具有共振调制效应，并实验研究了该调制效应与频率、泵浦波长的关系。应用速率方程理论可解释实验结果　　 综上所述，本论文对耦合谐振结构中Sagnac效应进行了深入研究和讨论。研究表明耦合谐振结构对Sagnac效应具有增强作用，基于这种结构具有设计出新型的小尺寸、高灵敏度陀螺装置的可能性。