DE3108624A1 - "ringlaser-gyroskop" - Google Patents

"ringlaser-gyroskop"

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DE3108624A1
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Germany
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laser
passage channel
medium
ring laser
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Withdrawn
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DE19813108624
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Dana Z. 85719 Tucson Ariz. Anderson
Virgil E. 91320 Newbury Park Calif. Sanders
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Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
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Litton Systems Inc
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/083—Ring lasers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/66—Ring laser gyrometers
    • G01C19/68—Lock-in prevention
    • G01C19/70—Lock-in prevention by mechanical means

Description

Besenreibung
Die Erfindung betrifft ein Ringlaser-Gyroskop und insbesondere ein verbessertes Ringlaser-Gyroskop, bei dem das Frequenzeinschließen entgegengesetzt gerichteter Lichtwellen durch eine schwingende Strömung des Lasermediums verhindert wird.
Es ist allgemein bekannt, daß bei einer ausreichend großen Drehgeschwindigkeit der !Frequenzunterschied zwischen zwei sich in entgegengesetzter Richtung drehenden Lichtwellen in einem Ringlaser direkt der Geschwindigkeit proportional ist, mit der sich der Laser dreht. Der Frequenzunterschied oder der Schwebungston kann somit verwandt werden, die Drehung zu messen, woraus sich der Ausdruck Ringlaser-Gyroskop ableitet. Jedoch koppelt Rückstreuung der Strahlung die zwei entgegengesetzt gericheten Lichtbündel und bewirkt bei kleinen Drehgeschwindigkeiten, daß sich bei den Strahlen ein Frequenzeinschluß einstellt. Dies bedeutet, daß der Schwebungston Null wird, obgleich die Drehgeschwindigkeit des Gyroskops von Null verschieden ist. Der Schwebungston 0" ist eine Funktion des Schwebungsbeitrages und wird mathematisch beschrieben durch:
0* = a + b sin(0 - 0Q),
worin a im wesentlichen die Drehgeschwindigkeit und b der Rückstreuungskoeffizient bedeuten. Solange a wesentlich größer als b in der vorhergehenden Gleichung ist, tritt kein Frequenzeinschließen auf. V/enn jedoch a ££■ b ist, tritt ein Einschließen auf, was bewirkt, daß J$" verschwindet.
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Eine Möglichkeit, dieses Problem des Moduseinschließens zu beheben, "besteht darin, daß Gyroskop mittels einer optischen, nicht-reziproken Technik frequenzzumodulieren, beispielsweise dadurch, daß das gesamte System mechanisch einer Zitterbewegung ausgesetzt wird. Ein solches System für eine mechanische Zitterbewegung ist in der US-PS 4,115 offenbart.
Eine andere Möglichkeit, das Problem des Modus-Einschließens zu beheben, besteht darin, daß eine Einrichtung verwandt wird, die nach dem Prinzip des optischen Zitterns arbeitet. Dies bedeutet, daß die zueinander entgegengesetzt gerichteten Lichtbündel durch Erregen des Lasermediums erzeugt werden. Wenn der Laser mit einer zusätzlichen Energie über diejenige hinaus gepumpt wird, welche benötigt wird, um das erste Modus-Paar von Lichtbündel zu erzeugen, erzeugt der Laser ein zusätzliches Modus-Paar, welches dem nächsten Längsmodus entspricht. Dieser sogenannte Vier-Modus-Laser ist in einem Artikel beschrieben, welcher den Titel trägt "Novel Multioscillator Approach to the Problem of Locking In Two-Mode Ring-Laser Gyros," von Marian O. Scully, Virgil E. Sanders und Murray Sargent III, Optics Letters, Vol. 3, Seite 4-3, August 1978.
Obgleich das mechanische Hervorrufen eine Zitterbewegung und in geringerem Maße optisches Zittern eines Laserkörpers bei praktischen Ausführungen verwandt wurden, sind einfachere und praktischere Einrichtungen von großem Interesse. Die einfachere Einrichtung, die gemäß der Erfindung vorgeschlagen wird, ist ein Einglaser-Gyroskop mit akustisch hervorgerufener Zitterbewegung, bei dem bewirkt wird, daß das dielektrische Medium, welches das Lasermedium bildet, oszillierend oder schwingend strömt. Wenn die zwei zueinander entgegengesetzt
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gerichteten Lichtbündel durch das oszillierende, dielektrische Medium hindurchgehen, bewirkt das Medium eine Frequenz-Verschiebung eines jeden der Strahlenbündel, wie es durch den Fresnel-Fizeau-Effekt vorausgesagt wird. Durch Modulation der Größe und der Richtung der Strömung des dielektrischen Mediums können die Effekte der entweder mechanischen oder optischen Zitterbewegung nachgeahmt werden.
1818 leitete Fresnel aus der Äther-Theorie ab, daß die Geschwindigkeit V des Lichtes in einem dielektrischen Medium, welches sich in der Fortpflanzungsrichtung bewegt, ergeben sollte:zu:
V = - V (1- I2)
η nr η J
worin η der Brechungsindex des Mediums und V die· Geschwindigkeit des Mediums bedeuten. Die Existenz des.Fresnel-Fizeau-Eff ektes oder der Fresnel-Schlepp\ri.rkung wurde durch verschiedene Experimentatoren bestätigt, unter ihnen auch Fizeau, der dies zum erstenmal 1851 tat. Als Beispiel einer neuereren Veröffentlichung wird hingewiesen auf "The Ring Laser" von Warren M.Macek und Earl J.M Cartney veröffentlichtin Sperry Rand Engineering Review, Vol. 8, Frühjahr 1966. Diese Veröffentlichung behandelt die Verwendung eines Ringlasers, um den Effekt von sich durch den Laserweg bewegenden Dielektrika zu untersuchen. Eine zweite Veröffentlichung, welche die Fresnel-Schleppwirkung untersucht, trägt den Titel "A Precision Measurement of Fresnel Drag In A Ring Laser," von Walter K.Stokwell, Oklahoma State University, Ph.D., 1974-1 Engineering, electrical, veröffentlicht von Xerox University Microfilms, Ann Arbor, Michigan, No. 75-8899· In dieser Veröffentlichung wird eine Kreisscheibe aus Quarzglas verwandt, um die Fresnel-Schleppwirkung zu zeigen und zu messen.
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Während Ringlaser verwandt worden sind, um die Fresnel-Schleppwirkung zu messen, war "bisher ein Ringlaser noch nicht bekannt, "bei dem die Fresnel-Schleppwirkung als eine Einrichtung zur Frequenzmodulation verwandt wird, um das Modus-Einschließen zu verhindern und somit ein Ringlaser-Gyroskop zu schaffen.
Andere Verfahren, um das Problem des Modus-Einschließens zu "beheben sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie z.B. aus der US-PS 3,533,014, in der· ein Verfahren zum Schwingen der Spiegel innerhalb eines Ringlaser-Gyroskops beschrieben wird, aus der US-PS 3,612,690, in der ein Verfahren beschrieben wird, bei dem ein zufälliges elektrisches Zittern erzeugt wird, aus der US-PS 3,721,497, in der eine Technik zum elektrischen Modulieren des Laserstrahls beschrieben wird, und aus der US-PS 3,743,969, in der noch eine andere Art für elektrisch hervorgerufenes Zittern angegeben ist.
Durch die Erfindung wird ein Ringlaser-Gyroskop geschaffen, bei dem akustisch ein Zittern hervorgerufen wird, wodurch ein Frequenz-Einschließen bei geringer Bewegungsgeschwindigkeit aufgrund von Strahlungsrückstreuung verhindert wird, und bei dem die Notwendigkeit des bekannten mechanischen oder optischen Zitterns nicht auftritt. Ein Ringlaser-Gyroskop wird innerhalb eines Körpers ausgebildet, welcher Durchgangskanäle in der Form einer geschlossenen Bahn aufweist, die mit einem Lasermedium, wie z.B. einer Mischung aus gasförmigem Helium und Neon gefüllt sind. Das Lasermedium ist ein Dielektrikum und der Fresnel-Fizeau-Effekt tritt an ihm auf, wenn es einer Bewegung ausgesetzt wird.
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Die Bewegung des Mediums "bewirkt die Beschleunigung oder Abbremsung eines hindurchgehenden Lichtstrahls, was davon abhängt, ob sich das Medium in der Richtung des Lichtes oder entgegengesetzt dazu bewegt. Die Beschleunigung oder Abbremsung des Lichtstrahls bewirkt eine Änderung seiner Grundfrequenz, so daß die fokussierung des Strahls auf einer Oberfläche in Kombination mit einem zweiten Strahl eine Änderung der Interferenzstreifen aufgrund des Auslöschens und/oder Verstärkens der elektromagnetischen Energie innerhalb der Strahlen bewirkt. Die sich ändernden Interferenzstreifen werden dann mittels einer Überlagerungsnachweis einrichtung festgestellt, um die Drehgeschwindigkeit des Ringlaser-Gyroskops anzuzeigen.
Das dielektrische Medium innerhalb der Laserdurchgangskanäle wird durch die Verwendung eines akustischen Zittermechanismus, wie z.B. eine Membran einer Bewegung ausgesetzt. Die Membran kann in einem von dem Durchtrittskanal getrennten und daneben angeordneten Hohlraum angeordnet werden und zum Schwingen entweder durch die Verwendung einer elektromagnetischen Spule oder dadurch angeregt werden, daß die Membran aus einem Stück eines piezoelektrischen Materials gebildet wird. Eine andere Anordnung eine Strömung des Lasermediums hervorzurufen, besteht darin, eine torusförmige Membran direkt innerhalb des Laser-Durchtrittskanals anzuordnen und diese ebenso durch entweder eine elektromagnetische Spule oder einen piezoelektrischen Wandler zu betreiben. Durch diese Anordnung ist es möglich, die Notwendigkeit eines mechanischen Zittersystems oder eines optischen Systems aufzuheben,in dem dritte und vierte Modi erzeugt werden.
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Eine Zielsetzung der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Einglaser-Gyrοskop zu schaffen, "bei dem ein akustischer Zittermechanismus vorgesehen ist, welcher das Einschließen von entgegengesetzt gerichteten Lichtstrahlen verhindert.
Eine andere Zielsetzung der Erfindung besteht darin, die Notwendigkeit einer mechanisch oder optisch hervorgerufenen Zitterbewegung bei einem Einglaser-Gyroskop auszuschließen.
Eine weitere Zielsetzung der Erfindung besteht darin, den Fresnel-Fizeau-Effekt zu verwenden, um dadurch ein verbessertes Laser-Gyroskop zu schaffen, welches ein akustisches Zittern verwendet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, die ein typisches Einglaser-Gyroskop zeigt, welches bei der Erfindung verwandt werden kann,
Fig. 2 eine Teilschnittdarstellung längs der Linie 2-2
in Fig. 1, wobei ein akustischer Zittermechanismus nach der Erfindung gezeigt ist,
Fig. 3 eine Teilschnittdarstellung längs der Linie 3~3 in Fig. 1, die einen anderen akustischen Zittermechanismus zeigt,
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Fig. 4 eine Teilschnittdarstellung längs der Linie 4-4 der Fig. 3, und
Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3» die eine Abänderung des akustischen Zittermechanismus nach der Erfindung zeigt.
Figur 1 zeigt ein typisches Ringlaser-Gyroskop 10, welches in einem Körper 12 ausgebildet ist, beispielsweise in einem Quarz oder einem Material mit äußerst geringer Ausdehnung, wie z.B.. Titansilicat. Der Laserkörper 12 ist mit vier Durchgangskanälen 14 ausgebildet, die so angeordnet sind, daß sie einen geschlossenen, rechteckigen Weg darin bilden. Die Durchtrittskanäle 14 sind abgedichtet, damit sie eine Gasmischung zurückhalten, die aus ungefähr 90% Helium und 10% Neon in einem Vakuum von ungefähr 3 torr besteht, wobei der Atmosphärendruck zu ungefähr 760 torr angenommen wird.
In Übereinstimmung mit der bekannten Lasertechnik ist der Körper 12 mit zwei Kathoden 16 und 18 und zwei Anodai 20 und 22 versehen, Vielehe an dem Körper in einer auf diesem Gebiet der Technik bekannten Weise befestigt sind. Die Gaszuführung erfolgt zwischen der Kathode 16 und der Anode 20 im Durchtrittskanal 14 sowie zwischen der Kathode 18 und der Anode 22. Ein Gatter 24 ist vorgesehen, um Unreinheiten zu absorbieren, die in dem Gas in dem Durchtrittskanal 14 vorhanden sind. An den vier Ecken des optischen Weges, der innerhalb des Durchtrittskanals 14 des Ringlaser-Gyroskop 10 ausgebildet ist, sind Spiegel 28,30,32 und 34 angeordnet, wobei zwei der Spiegel 28 und 34 an Foto-Hachweiseinrichtungen 36 bzw. 38 befestigt sind. Die Foto-Hachweiseinrichtungen
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messen die Schwebungsfrequenz der zueinander entgegengesetzt gerichteten Lichtstrahlen, um die Drehung des Ringlaser-Gyroskops 10 durch einen Überlagerungsnachweis anzuzeigen, wie es bekannt ist.
An der Außenfläche des Laserkörpers 12 ist ein Paar von akustischen Zittermechanismen 40 befestigt, von denen einer am besten in Pig. 2 zu erkennen ist, in der der Durchtrittskanal 14 um 90 Grad zur besseren Darstellung gedreht worden ist. Der akustische Zittermechanismus 40 ist innerhalb eines zylinderförmigen Gehäuses 42 ausgebildet, welches aus einem nichtmagnatischen Material besteht und ein mit einem Gewinde versehenes Ende auf preist, welches in einer Gewindebohrung 44 innerhalb des Laserkörpers 12 eingreift. Die Gewindebohrung 44 hat an ihrem inneren Ende einen kleineren Durchmesser, um eine Schulter 46 und eine Kammer 47 zu bilden. In dem am weitesten innen gelegene Fläche der Kammer 47 ist eine Durchbohrung vorgesehen, welche unter einem Winkel verläuft, um einen zweiten Durchtrittskanal 48 zu dem Durchtrittskanal 14 zu bilden. Ein O-Eing 50 ist zwischen der Schulter 46 und dem innersten Ende des Gehäuses 42 vorgesehen, um das Gehäuse abzudichten, wenn es in den Laserkörper 12 hineingeschraubt wird. Die Winkelanordnung des zweiten Durchtrittskanals 48 stellt sicher, daß die Schwingungsverschiebun des Lasermediums innerhalb des Durchtrittskanals 14 eine laminare Strömung ohne das Einbringen einer Cavitation oder anderer Anomalien ist, welche den Fresnel-Fizeau-Effekt beeinträchtigen könnten. Das Paar der akustischen Zittermechanismen 40 ist angeordnet, um eine Gegentakt (push-pull)-Strömung des Mediums zu erzeugen und somit eine Schwingungsverschiebung zwischen den zwei unter Winkeln angeordneten
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Durchtrittskanälen 48, wodurch der Fresnel-Fizeau-Effekt lediglich auf der relativ kurzen Strecke dazwischen auftritt, wie es durch den Pfeil 49 gezeigt ist.
Der akustische Zittermechanismus 40 umfaßt eine Spule 52, die in das Gehäuse 42 eingesetzt ist und die mit Transformatordraht 54 gewickelt ist, welcher mit Anschlüssen 56 verbunden ist. Eine Längsbohrung 58 innerhalb der Spule 52 nimmt eine Stange 60 auf, die aus einem korosionsfesten magnetischen Stahl besteht. Das untere Ende der Stange 60 ist mit einer Ankermembran 62 verbunden, welche verschieblich in die Kammer 47 paßt. Eine Feder 64 drückt den Anker 62 nach unten oder in eine nach innen weisende Richtung. Bekannterweise bewirkt ein Wechselstrom an den Anschlüssen 46, daß der federbelastete Anker 62 entgegen der Druckkraft der Jeder 64 in eine nach oben gerichtete Richtung in die Spule 42 aufgrund des elektromagnetischen Feldes gezogen wird, welches durch den Transformatordraht 54 entsteht. Wenn das Feld aufgrund des Wechselstromes zusammenbricht, wird der Anker durch die Kraft der Feder 64 nach unten gedrückt. Dies bewirkt, daß das Lasermedium innerhalb des Durchtrittskanals 14 schwingungsmäßig aufgrund der Pumpwirkung fließt, welche durch die Ankermembran 62 eines jeden Mechanismus 40 hervorgerufen wird, da sie das Medium in einer Zug-Stoß-Kombination in und aus dem zweiten Durchtrittskanal 48 bewegt, bzw. zwingt.
Eine gegenüber dem akustischen Zittermechanismus 40 gemäß Fig. 1 abweichende Anordnung ist der zweite, akustische Zittermechanismus 70. Wie es am besten in den Figuren 3 und 4 zu erkennen ist, ist der zweite, akustische Zitter-
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mechanismus 70 innerhalb) einer Bohrung 72 befestigt, welche in der Seitenwand des Laserkörpers 12 angeordnet ist. Die Durchbohrung 72 geht durch den Durchtrittskanal 14 hindurch und ist an ihrem äußeren Ende mit einem Gewindeabschnitt ausgebildet. Der akustische Zittermechanismus 70 ist in einem nichtmagnetischen Gehäuse 76 ausgebildet, welches zylinderförmig ist, um als Stöpsel in die Öffnung 72 zu' passen. Eine durchbohrte Kammer 78 geht durch das Gehäuse 76 unter einem rechten Winkel zur Hauptachse des Gehäuses hindurch. Diese Bohrung 78 ist so angeordnet, daß sie zum Durchtrittskanal 14 konzentrisch ist. In die Bohrung 78 ist eine rohrförmige Hülse 80 aus nichtmagnetischem Material eingepaßt und mit einer ausgenommenen Zylinderfläche 81 ausgebildet, um Transformatordraht 82 aufzunehmen und zu halten. Die Bohrung 78 innerhalb des zylinderförmigen Gehäuses 76 verringert wesentlich die seitliche Arbeitsfläche innerhalb welcher der in der Hülse 80 ausgebildete akustische Zittermechanismus befestigt werden kann, wie es am besten in Figur 4 zu sehen ist. Die Hülse 80 braucht in der Bohrung 78 das Gehäuse 76 nicht mit irgendeiner anderen positiven Halteeinrichtung als einem Klebemittel gehalten werden, da die Innenfläche der Öffnung 72 die seitliche Bewegung des Gehäuses 76 verhindert.
Die nichtmagnetische Hülse 80 weist eine Längsbohrung 84 auf, welche an einem Ende erweitert ist y um eine Hauptschulter 86 zu bilden. Innerhalb der Bohrung 84 ist ein rohrförmiger Anker 88 verschieblich befestigt, welcher aus einem magnetischen Material besteht und an dessen einem Ende eine scheibenförmige Membran 90 befestigt ist,
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deren Mitte eine Öffnung 92 aufweist, welche den Durchtritt der zueinander entgegengesetzt gerichteten Lichtstrahlen innerhalb des Durchtrittskanals 14 erlaubt. Der Anker 88 wird in der Bohrung 84 durch eine C-förmige Quetschklemme 94 zurückgehalten, die in einer Nut in der Innenfläche der Bohrung 84 angeordnet ist. Eine Feder 96 drückt den Anker und die Membran 90 gegen die Klemme 9^- Das Anlegen eines Wechselstromes an die Anschlüsse 98, die mit dem Transformatordraht 82 verbunden sind, erzeugt ein elektromagnetisches PeId, welches den magnetischen Anker 88 in die durch den Transformatordraht 82 gebildete Spule entgegen der Eraft der Feder 96 hineinzieht. Das Entfernen des Stromes bewirkt, daß sich der Anker 88 und die Membran 90 in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Auf diese Weise bewirken der Anker und die Membran die laminare Strömung des Lasermediums mit einer Frequenz, die durch das an die Anschlüsse 98 angelegte Signal bewirkt wird.
Das ob ens oder äußerste Ende des Gehäuses 76 ist mit einer Nut 100 ausgebildet, in der ein 0-Ring 102 angeordnet ist. Wenn das Gehäuse 76 in die gebohrte Öffnung 72 eingesetzt worden ist, dichtet der 0-Ring 102 den Durchtrittskanal ab.Das Gehäuse 76 wird in der Öffnung 72 durch eine Kappe 104 gehalten, welche in einen Gewinde ab schnitt 74· eingeschraubt ist und die Anschlüsse 98 trägt, um dadurch den akustischen Zittermechanismus 70 zu vervollständigen.
Die elektromagnetische Spulenanordnung gemäß Figuren 3 4 kann durch einen piezoelektrischen Kristall ersetzt werden, wie es weiter unten beschrieben wird. Während lediglich einzig der Mechanismus 70 gezeigt wurde, ist es selbstverständlich, daß ein Paar dieser Mechanismen in einer Gegentakt-Kombination
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verwandt werden kann, wie es vorhergehend beschrieben wurde. Jedoch führt die Ausgestaltung des Mechanismus 70 selbst zu einer Anwendung mit einer einzigen Einheit.
Eine andere Ausführungsform des akustischen Zittermechanismus ist in der Figur 5 gezeigt. Bei dieser Anordnung ist ein akustischer Zittermechanismus 110 in einem Hohlraum 112 in der Form einer Sackbohrung ausgebildet, die in einer Seitenwand des Laserkörpers 12 angeordnet ist. Die Sackbohrung steht mit dem Durchtrittskanal 14 über einen zweiten Durchtrittskanal 114 in Verbindung. Dieser Durchtrittskanal verläuft unter einem Winkel zu dem Durchtrittskanal 14, um eine laminare Strömung des verschobenen Lasermediums zu unterstützen, wie es unter Bezugnahme auf die Figur 2 beschrieben wurde. Der obere Abschnitt des Hohlraums 112 in der Form einer Sackbohrung ist ausgedehnt um eine Schulter 116 zu bilden. Gegen die Schulter 116 liegt eine Membran 118 an, die aus einer Scheibe eines piezoelektrischen Materials gebildet ist. Der äußere Umfang des Hohlraums 112 in der Form einer Sackbohrung ist mit einem Gewinde ausgebildet, um eine Kappe 120 aufzunehmen, die die Anschlüsse 122 trägt. Ein O-Eing 124 liegt an der oberen Außenfläche der piezoelektrischen Membran 118 an und die Kappe 120 drückt gegen den 0-Ring, um den Hohlraum 112 abzudichten. An den Anschlüssen 122 sind Federkontakte 126 befestigt, welche entgegengesetzte Enden der piezoelektrischen Membran 118 berühren. Wenn eine Spannung an die Anschlüsse 122 gelegt wird, wird die piezoelektrische Membran verschoben, da eine Spannung an ihr auftritt, um das Volumen des Hohlraums 112 zu vergrößern oder zu verringern und somit eine schwingungsmäßige Strömung des Lasermediums innerhalb der Durchtrittskanäle 114 und 14 hervorzurufen.
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Wie man am besten in Figur 5 erkennen kann, ist es wünschenswert, zwei akustische Zittermechanismen 110 zu verwenden, deren zweite Durchtrittskanäle 114 unter konvergierenden Winkeln zu dem Durchtrittskanal 14 angeordnet sind, so daß
der erste, akustische Zittermechanismus 110 die Strömung des Lasermediums in der einen Richtung und der zweite, akustische Zittermechanismus 110 eine Strömung in der zweiten Richtung bewirkt. Auf diese Weise sind die zwei Zittermechanismen 110 in einer Gegentakt-Konfiguration angeordnet, um die schwingungsmäßige Strömung des Lasermediums zu verstärken, wie es durch den Pfeil 49 gezeigt ist.
Die verschiedenen, vorhergehend beschriebenen, akustischen Zittermechanismen unter Einschluß der Mechanismen 40,70 und 110 können innerhalb der dargestellten Ausgestaltungen abgewandelt werden oder andere Ausbildungen sind für den Durchschnittsfachmann möglich. Ob eine elektromagnetische Spule oder ein piezoelektrischer Wandler verwandt werden, um eine schwingungsmäßige Strömungsbewegung am Lasermedium hervorzurufen, ist eine Frage der bevorzugten Konstruktion. Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß dadurch, daß das Lasermedium einer Strömungsbedingung ausgesetzt wird, das Ringlaser-Gyroskop 10 akustisch einer Zitterbewegung ausgesetzt werden kann. Dieses akustische Zittern hebt die Notwendigkeit eines entweder mechanischen oder optischen Zitterns
auf, wie es aufgrund des Standes der Technik bekannt ist. Wie vorhergehend beschrieben, bewirkt das strömende Medium eine Änderung der Geschwindigkeit der entgegengesetzt zu einander gerxchteten Lichtstrahlen, wenn die elektromagnetische Energie durch das strömende Medium hindurchgeht, und zwar aufgrund des Brechungsindex gemäß dem Fresnel-Fizeau-Effekt.
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Während "bisher Ringlaser verwandt worden sind, um den Fresnel-Fizeau-Effekt oder die Fresnel-Schleppwirkung zu untersuchen, so war es aus dem Stand der Technik nicht bekannt, diesen Effekt zu verwenden, um ein Ringlaser-Gyroskop einer Zitterbewegung auszusetzen und dadurch das Modus-Einschließen zu verhindern, welches durch die Neigung der zueinander entgegengesetzt gerichteten Lichtstrahlen bewirkt wird, sich bei ähnlichen Frequenzen einzuschließen, wenn die Bewegungsgeschviindigkeit des Gyroskops klein ist.
Der aufgrund der Erfindung geschaffene akustische Zittermechanismus ist mit dem mechanischen Zittern darin vergleichbar, daß sowohl die Amplitude als auch die Frequenz verändert und gesteuert werden kann. Es hat sich herausgestellt, daß das optische Zittern, bei dem optisch ein dritter und vierter Modus erzeugt werden, nicht in dem gleichen Maße gesteuert werden kann, da die Amplitude und die Frequenz durch die Parameter des Systems festgelegt sind. Somit ergibt sich aus der vorhergehenden Darlegung eine Anordnung, bei der die Vorteile, die bei einem mechanischem System vorliegen, beibehalten sind,während die zahlreichen, teuren und komplizierten Elemente eines mechanischen Zittersystems durch die Verwendung des äußerst einfachen akustischen Mechanismus ausgeschlossen wurden.
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Claims (10)

  1. PmT E iM Ta N SN A LT E
    REPRESENTATIVES dEFOiJE THE
    toaOicAN PATENT Of-FICE
    A. GRÜNECKER
    OPL-ING
    H. KINKELDEY
    DR-ING
    W. STOCKMAIR
    OR'ING. · AeE (CALTECH)
    K. SCHUMANN
    DR BER NAT ■ DPL-PHVS
    P. H. JAKOB
    DlPU-PNG.
    G. BEZOLD
    DRBEHNAT-DPL-CHEM
    LITTON SYSTEMS, INC.
    North. Crescent Drive, Beverly Hills,
    California 90210 USA
    Einglas er-Gyrο skop
    Pat entansprüche
    8 MÜNCHEN 22
    MAXIMIUANSTRASSE A3
    P 16 003-46/L
    ( 1J Einglaser-Gyrοskop bestehend aus einem Laserkörper,
    in dem ein Durchtrittskanal ausgebildet ist, welcher mit einem Lasermedium gefüllt ist, und einer Einrichtung, um zwei Modi von Laserschwingungen innerhalb des Lasermediums zu erzeugen, wobei sich diese Modi in zueinander entgegengesetzte Eichtungen fortpflanzen, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung (40;70;110) vorgesehen ist, durch die eine oszillierende Strömung des Lasermediums innerhalb des Durchtrittskanals (14) erzeugbar ist, wodurch ein Frequenzunterschied zwischen den zwei Lasermodi
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    telefon (O8S) asaeea
    TELEX OS-SB 3BO
    tELEQRAMME MONAPAT
    _ 2 —
    aufgrund des oszillierend strömenden Mediums hervorrufbar ist, um ein Frequenzeinschließen dieser Modi zu verhindern.
  2. 2. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (4057OjIIO) zum Erzeugen einer oszillierenden Strömung des Lasermediums eine Membraneinrichtung (62;90;118) umfaßt.
  3. 3. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Membraneinrichtung (90) torusförmig um den Durchtrittskanal (14) ausgebildet ist.
  4. 4. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Membraneinrichtung (40;110) in einer Kammer (47;112) ausgebildet ist, welche neben dem Durchtrittskanal (14) liegt und mit diesem durch einen zweiten Durchtrittskanal (48;114) verbunden ist.
  5. 5. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Membraneinrichtung (40;70) durch eine elektromagnetische Spule (54;82) betreibbar ist.
  6. 6. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 3 ■> dadurch gekennzeichnet , daß die Membraneinrichtung (110) mit einem piezoelektrischen Wandler (118) betreibbar ist.
  7. 7- Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Membraneinrichtung (40-,11O) ein Paar Membranen (62;118) umfaßt, die in einer Gegent aktfolge betrieben werden.
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  8. 8. Ringlaser-Gyroskop bestehend aus einem Laserkörper in dem ein Durchtrittskanal ausgebildet ist, welcher mit einem Lasermedium gefüllt ist,und einer Einrichtung zum Anregen des Lasermediums, um Lichtwellen zu erzeugen, die in zueinander entgegengesetzten Richtung in dem Durchtrittskanal des Ringlasers umlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (40;70;110) vorgesehen ist, um eine Strömung des Lasermediums in einer ersten und dann in einer anderen Richtung hervorzurufen, wobei durch den Fresnel-Ifizeau-Effekt an den zueinander entgegengesetzt gerichteten Lichtwellen in dem strömenden Lasermedium ein Frequenzunterschied bei den zueinander entgegengesetzt gerichteten Lichtwellen erzeugbar ist, durch den das Frequenzeinschließen der zueinander entgegengesetzt gerichteten Wellen verhinderbar ist.
  9. 9. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (40;70;110) zum Hervorrufen einer Strömung des Lasermediums eine schwingende Membraneinrichtung (62;90;118) aufweist.
  10. 10. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß die schwingende Membraneinrichtung ein Paar von akustischen Zittermechanismen (40;110) umfaßt, die in neben dem Durchtrittskanal (14) angeordneten Kammern angeordnet und mit dem Durchtrittskanal (14) durch zweite Durchtrittskanäle (48;114) verbunden sind, die unter einem konveigi er enden Winkel zu dem ersterwähnten Durchtrittskanal (14) angeordnet sind.
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DE19813108624 1980-03-24 1981-03-06 "ringlaser-gyroskop" Withdrawn DE3108624A1 (de)

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US13306880A 1980-03-24 1980-03-24

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19828319A1 (de) * 1998-06-25 2000-01-13 Daimler Chrysler Ag Diodengepumpter Festkörper-Ringlaserkreisel

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5347360A (en) * 1982-08-27 1994-09-13 Ratheon Company Ring laser gyro
US4698823A (en) * 1984-09-12 1987-10-06 Litton Systems Inc. System for reducing the sensitivity of a ring laser gyro to changes in a magnetic field
FR2854947B1 (fr) * 2003-05-16 2005-07-01 Thales Sa Gyrolaser a etat solide stabilise par des dispositifs acousto-optiques
JP4857806B2 (ja) * 2006-02-21 2012-01-18 シンフォニアテクノロジー株式会社 ギアノイズ測定装置
FR2905005B1 (fr) * 2006-08-18 2008-09-26 Thales Sa Gyrolaser a etat solide avec milieu a gain active mecaniquement.

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2041638A5 (de) * 1969-05-09 1971-01-29 Comp Generale Electricite
CA1085031A (en) * 1976-11-08 1980-09-02 Litton Systems, Inc. Laser gyro with phased dithered mirrors
US4115004A (en) * 1976-11-15 1978-09-19 Litton Systems, Inc. Counterbalanced oscillating ring laser gyro
FR2430598A1 (fr) * 1978-07-03 1980-02-01 Litton Systems Inc Gyroscope a laser en anneau

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19828319A1 (de) * 1998-06-25 2000-01-13 Daimler Chrysler Ag Diodengepumpter Festkörper-Ringlaserkreisel
DE19828319C2 (de) * 1998-06-25 2000-08-31 Daimler Chrysler Ag Verfahren zum Betrieb eines diodengepumpten Festkörper-Ringlaserkreisels und Festkörper-Ringlaserkreisel

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