激光陀螺仪（laser gyroscope），是应用激光技术而做成的测量转动角速度的一种惯性器件。激光陀螺仪的原理是利用光程差来测量旋转角速度（即Sagnac效应），主要由环形谐振腔体、反射镜、增益介质和读出机构相关的电子线路组成。

1960年，激光在世界上首次出现。1962年，美、英、法、苏几乎同时开始研制用激光来探测角度变化的仪器，称之为激光陀螺仪。1963年2月，美国研制出世界上第一台激光陀螺试验室样机。20世纪70年代，出现了可用于惯性导航系统中的激光陀螺仪。1984年，美国激光陀螺的发展基本成熟，进入批量化生产阶段。

激光陀螺已经广泛应用于海、陆、空、天等军用和民用领域，成为惯性导航与制导等系统的理想传感元件。研究表明，通过增大激光陀螺的尺寸可显著提高精度，用超大激光陀螺可以观察微小的地震效应、固体地面潮汐效应，还有望用来测量引力波等几种相对论效应。

1913年，法国物理学家M.萨奈克（M.Sagnac）提出了采用环形光路干涉测量角度速度的原理，被称为萨奈克效应。但限于当时的技术水平，这种光学干涉仪在精度上距离实用较远。1960年，激光在世界上首次出现。1962年，美、英、法、苏几乎同时开始酝酿研制用激光来探测角度变化的仪器，称之为激光陀螺仪。1963年2月，美国Sperry公司用环形激光器感测旋转速率获得成功，研制出世界上第一台激光陀螺试验室样机。20世纪70年代，激光技术的飞速发展推动了激光陀螺仪的发展，出现了可用于惯性导航系统中的激光陀螺仪。经过20多年理论研究与关键技术方面的艰苦攻关，1984年，Honeywell公司的激光陀螺开始在飞机上大量使用，标志着美国激光陀螺的发展基本成熟，进人批量化生产阶段。

激光陀螺仪的原理是利用光程差来测量旋转角速度（即Sagnac效应）。当光学谐振腔间隙有微小变化时，激光频率在固有频率附近变化。激光陀螺就是利用这种现象，把角速度产生的变化作为谐振腔的变化，从而使两个反向旋转的激光射束之间出现频率差。依据激光的相干性原理，这种激光射线束的频率差可以表现为干涉条纹的数量变化，从而测出输入角速度。

激光陀螺仪主要由环形谐振腔体、反射镜、增益介质和读出机构相关的电子线路组成。在环形腔内充有按一定比例配制的氦，氖增益介质，以保证连续激光的产生；三个光学平面反射镜形成闭合光路（环形激光谐振器）。由光电二极管组成的光电读出电路可以检测出两束相向运行光的光程差或者频差，进而得到被测角速度。

激光陀螺仪采用的环形谐振腔，通常有三角形和方形两种结构形式。在光程长度L给定的条件下，方形谐振腔所包围的面积比三角形的大，采用方形谐振腔所获得的标度因数要高于同等长度光路的三角形谐振腔。

大多数环形激光陀螺仪的谐振腔采用整体式设计，通过在玻璃体上钻孔来提供激光光束的光路。常用的腔体材料是零膨胀系数的石英玻璃体或者特殊制造的陶瓷玻璃，这些材料一是保证温度膨胀系数要小，以减小回路长度的压电控制量；二是要对氦气不渗透。当然，加工的难易性、成本等也是要考虑的。腔体反射镜是一个关键部件，其平面要加工平滑并有正确的安装角度。有的设计模式采用一个分离的激光发射管和一个整体的腔体，即将增益介质放在一个分离的增益管中，增益管放置在腔体中的两个反射镜之间，这种模式的环形激光陀螺仪体积要大于整体式的环形激光陀螺仪。

反射镜是环形激光陀螺仪最重要的部件，一般都放在光同腔体接触的位置，构成一个无应力、密封的腔体，它的作用就是无损失、准确地改变光在光路中的运行方向。由于表面不光滑和制造的光模特性不一致性将引起光的散射，经过吸收和传递，每一个反射镜都可能引起部分激光能量的损失，导致锁定。

由激光理论可知，激光管中的工作介质在外来激励作用下，原子将从基态被激发到高能级，使得在某两个能级之间实现粒子数的反转分布，此时的工作介质称为激活物质或增益介质。光通过激活物质时将被放大，获得增益。但是激活物质的长度不可能做得很长，而且光通过它时还将存在损耗，所以光在一次通过激活物质时获得的增益是有限的。为了使受激辐射的光不断放大，获得足够高的增益，并使它的频率、方向、偏振和相位都相同，需要有光学谐振腔才行，因此激光陀螺仪采用环形谐振腔。

大多数环形激光陀螺仪中应用的增益介质是高纯度的氦的三重混合物和两个氖的同位素在适当的压力下以一定比例混合形成的混合物，增益介质充满谐振腔，其作用一是确保在腔内产生激光，二是向腔内谐振状态提供增益，使其保持谐振状态。

为了敏感相向传播的两束光之间的频差，需要将这两束光引出谐振腔外，使它们混合并入射到光检测器上。两束光的一小部分能量通过半透半反射镜射入直角合光棱镜，再经合光棱镜相应的透射和反射，使两束光汇合。由于合光棱镜的直角不可能严格地等于90度，总存在一个小偏角，两束光从合光棱镜出射后也有很小的夹角，其值约为几角秒，于是就在光检测器上产生平行等距的干涉条纹。这样，当干涉条纹在光检测器上移动时，就会输出电脉冲信号。输入的角速度越大，干涉条纹移动的速度越快，输出的电脉冲的频率也越高。因此，只要采用频率计测出电脉冲的频率，就可以测得输入角速度。如果采用可逆计数器测出电脉冲的个数，则可测得输入转角。

激光陀螺仪的电路部分主要由放电电流控制、光程长度控制、抖动驱动、读出放大与方向判定等部分组成。三角形环形激光陀螺仪设计有两个阳极和一个阴极，在两个阳极和阴极之间加上对称的直流高压以使其启动放电。因为在光路长度上的任何变化，都相当于刻度因数和零点稳定性的变化，导致整个敏感器的精度变化，所以在放电启动后，由电流控制电路解调，一个控制电路完成激光束路径长度的控制，即光程长度控制。每个反射镜上附加一个压电传感器，在环境温度变化时保证光程长度为常值。环形激光陀螺仪采用抖动技术可以避免陀螺仪工作于死区内，抖动驱动电路就是控制机械抖动机构的抖动，提高陀螺仪的性能。读出放大与方向判断电路用于判断输出的脉冲是正比于顺时针或逆时针旋转。

激光陀螺仪的分类方法主要有三种，分别是按激光谐振腔的腔型、按采用何种偏频方案及根据同一玻璃基体上敏感轴的数目来划分。此外通过激光陀螺仪的结构形式也可以划分为分离式(组件式)和整体式两种。

激光陀螺仪的激光谐振腔的腔型主要有三角形腔和四边形腔两类。

1、三角形腔。三角形腔有三条毛细孔，三面激光反射镜，其腔型可以是正三角形，也可以是等腰三角形。

2、四边形腔。绝大多数四边形腔都是正方形平面腔，只有少数四边形腔不是正方形而是8字形或非共面四边形。

如果在同一玻璃基体上，激光陀螺仪只敏感一个方向的转动角速度，则称其为单轴激光陀螺仪；如果在同一玻璃基体上，激光陀螺仪可以敏感三个方向的转动角速率，则称其为三轴激光陀螺仪。

按频偏方式来分，激光陀螺仪主要有抖动偏频式、速率偏频式和磁镜偏频式等。

结构的特点是激光管在谐振腔中作为单独的器件。这种结构简单，易于制造，而且反射镜和激光管是分离的，便于拆卸。

结构的特点是在谐振腔内将激光管和环路合为体，这种结构可保证对准稳定性，且零件数量少，但必须全密封，以免工作气体漏出腔外。实际中多采用的是整体式结构。

1、激光陀螺仪由于没有机械转动部件的摩擦引起的误差，角位移测量精度高，被测角速度范围大。

2、激光陀螺仪的动态范围很宽，测得速率为±1500度每秒，最小敏感角速度小于±0.001度每小时以下，分辨率为/弧度秒数量级，用固有的数字增量输出载体的角度和角速度信息，无需精密的模数转换器，很容易转换成数字形式，方便与计算机接口，适合捷联式系统使用。

3、激光陀螺仪的工作温度范围很宽（从-55℃~﹢95℃），无需加温，启动过程时间短，系统反应时间快，接通电源零点几秒就可以投入正常工作。达到0.5度每小时的精度，只需50毫秒时间，对航空武器系统的制导来说，是十分宝贵的。

4、激光陀螺仪结构简单，工作寿命长，维修方便，可靠性高。组成陀螺的零件品种和数量少，机械加工较少，易于批量生产和自动化生产，成本是常规陀螺的三分之一左右。

5、激光陀螺仪没有活动部件，不存在质量不平衡问题，所以对载体的震动及冲击加速度都不敏感，对重力加速度的敏感度也可忽略不计，因而无需不平衡补偿系统，输出信号没有交叉耦合项，精度高，偏值小于0.001度每小时，随机漂移小于0.001度每小时，长期精度稳定性好，在9年内输出没有任何变化，重复性极好。

激光陀螺已经广泛应用于海、陆、空、天等军用和民用领域，成为惯性导航与制导等系统的理想传感元件。激光陀螺仪作为飞行器惯导系统核心的惯性器件，在国防科学技术和国民经济的许多领域中占有重要的地位。激光陀螺仪花费了很长时间和大量投资解决了闭锁问题，直到20世纪80年代初才研制出飞机导航级仪表，此后就迅速应用于飞机和直升机，取代了动力调谐陀螺和积分机械陀螺仪。已广泛用于导航，雷达和制导等领域。研究表明，通过增大激光陀螺的尺寸可显著提高精度，用超大激光陀螺可以观察微小的地震效应、固体地面潮汐效应（固体 地球 tides，不同于海洋潮汐效应），还有望用来测量引力波等几种相对论效应。