Claims (7)
645 718 2 645 718 2
PATENTANSPRÜCHE rungssignals zwischen den Sekundärmoden und J0 die Bessel- PATENT CLAIMS signal between the secondary modes and J0 the Bessel
1. Ringlaser-Gyroskop, gekennzeichnet durch einen funktion erster Gattung nullter Ordnung ist. 1. Ring laser gyroscope, characterized by a first-order function of the zero order.
Ringlaserkörper (4) mit reflektierenden Oberflächen, welche 8. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 1, dadurch geeinen optischen Pfad (22) mit geschlossener Schleife bilden, kennzeichnet, dass die Vorrichtung (74 bis 86; 8 bis 104) zur eine Vorrichtung (8,12; 10,14) zur Erzeugung und Aufrecht- 5 Erzeugung und Aufrechterhaltung der Sekundärmoden zwei erhaltung wenigstens zweier im optischen Pfad (22) entgegen- sekundäre Resonanzwandermoden erzeugt, die eine Kompo-gesetzt fortschreitender primärer Resonanzwandermoden nente in der Form c-cos © t umfassen, wobei c die Amplitude (36,38), eine Vorrichtung zur Erzeugung und Aufrechterhai- der Komponente und © die Kreisfrequenz der Komponente tung wenigstens einer sekundären Resonanzwandermode, die ist, und wobei c und © ein solches Verhältnis aufweisen, dass im Pfad fortschreitet, und mit wenigstens einer der primären 10 die Amplitude von j0 (c/co) minimalisiert wird, wobei J0 die Moden über das aktive Verstärkermedium gekoppelt ist, und Besselfunktion erster Gattung nullter Ordnung ist. Ring laser body (4) with reflecting surfaces, which 8. Ring laser gyroscope according to claim 1, thereby forming an optical path (22) with a closed loop, characterizes that the device (74 to 86; 8 to 104) for a device (8, 12; 10, 14) for the generation and maintenance of the secondary modes, two maintenance of at least two resonance mode modes which are secondary in the optical path (22) and which generate a composite progressive primary mode mode in the form c-cos © t comprise, where c is the amplitude (36, 38), a device for producing and maintaining the component and © the angular frequency of the component device of at least one secondary resonance walking mode which is, and wherein c and © have a ratio such that the path progresses , and with at least one of the primary 10 the amplitude of j0 (c / co) is minimized, with J0 the modes being coupled via the active amplifier medium, and Besselfu action of the first genus is zero order.
Mittel (26; 62) zur Erzeugung des Überlagerungsfrequenz-Si- 9. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 8, gekennzeichnet gnales zwischen den primären Moden zur Erzeugung von Si- durch Mittel zur Steuerung der Länge des optischen Pfades gnalen, die repräsentativ für die Winkelgeschwindigkeit des zur Abstimmung der Pfadlänge zur Steuerung der Amplitude Means (26; 62) for generating the beat frequency Si 9. Ring laser gyroscope according to claim 8, characterized gnales between the primary modes for generating Si by means for controlling the length of the optical path gnalen, which is representative of the angular velocity of the to adjust the path length to control the amplitude
Ringlaserkörpers um seine Abfühlachse sind. 15 c der Komponente. Ring laser body are about its sensing axis. 15 c of the component.
2. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 1, dadurch ge- 10. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (16,28,33; 66,68, 70) die kennzeichnet, dass die Vorrichtung (8 bis 74; 54, 56) zur ErLänge des optischen Pfades der Primärmoden zur Abstim- zeugung und Aufrechterhaltung der Primärmoden elektrisch mung der Frequenz der Primärmoden (36,38) steuert. geladenes Gasplasmaverstärker-Medium umfassen zur Er- 2. Ring laser gyroscope according to claim 1, characterized. 10. Ring laser gyroscope according to claim 9, characterized in that a device (16, 28, 33; 66, 68, 70) characterizes that the device (8 to 74 ; 54, 56) for the length of the optical path of the primary modes for the coordination and maintenance of the primary modes electrically controls the frequency of the primary modes (36, 38). charged gas plasma booster medium comprise for
3. Ringlaser-Gyroskop nach Ansprach 1 oder 2, dadurch 20 zeugung und Verstärkung der primären und sekundären Mogekennzeichnet, dass die Vorrichtung (8,12; 10,14) zur Er- den und dass die Steuermittel (16,28,32) eingestellt sind, so zeugung und Aufrechterhaltung von Primärmoden und die dass die Amplituden mindestens zweier schwächer entgegenVorrichtung (74 bis 86; 88 bis 104) zur Erzeugung und Auf- gesetzt fortschreitender sekundärer Moden und mindestens rechterhaltung von zwei Sekundärmoden ein elektrisch gela- zweier stärker entgegengesetzt fortschreitender Moden er-denes Gasplasmaverstärkungsmedium zur Erzeugung und 25 zeugt werden und innerhalb des Verstärkermediums verstärkt Verstärkung der primären (36,38) und sekundären Moden werden. 3. Ring laser gyroscope according to spoke 1 or 2, thereby 20 generation and amplification of the primary and secondary mode characterizes that the device (8, 12; 10, 14) is grounded and that the control means (16, 28, 32) are set are the generation and maintenance of primary modes and that the amplitudes of at least two weaker opposing devices (74 to 86; 88 to 104) for generating and putting on progressive secondary modes and at least maintaining two secondary modes is an electrically charged or two more opposite progressive modes first gas plasma amplification medium to be generated and generated and within the amplification medium amplification of the primary (36, 38) and secondary modes are amplified.
(40,42) sowie eine Vorrichtung (32; 66) zur Steuerung der 11. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 8, dadurch ge- (40,42) and a device (32; 66) for controlling the 11th ring laser gyroscope according to claim 8, thereby
Länge des optischen Pfads (22) für die Abstimmung der kennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung der zwei Length of the optical path (22) for the vote indicates that the device for generating the two
Länge des Pfades in der Weise, dass wenigstens zwei schwä- Sekundärmoden eine Vorrichtung (74 bis 86) ausserhalb des , Length of the path in such a way that at least two black secondary modes one device (74 to 86) outside the
chere, entgegengesetzt fortschreitende sekundäre Moden (40, 30 genannten optischen Pfades (22) zur Erzeugung der zwei ent- chere, oppositely progressing secondary modes (40, 30 named optical path (22) for generating the two ent
42) und wenigstens zwei stärkere entgegengesetzt fortschrei- gegensetzt fortschreitender sekundärer Moden umfasst, deren tende primäre Moden (36,38) im Verstärkungsmedium er- Frequenzen von denjenigen der Primärmoden verschieden zeugt werden, um ein Mitziehen zwischen den primären Mo- . sind, um den Mitziehbereich der Primärmoden zu reduzieren, 42) and at least two stronger oppositely progressively oppositely progressing secondary modes, whose tending primary modes (36, 38) in the gain medium frequencies are generated differently from those of the primary modes, in order to draw between the primary modes. are to reduce the pull-in range of the primary modes,
den zu verringern, aufweist. 12. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 8, dadurch ge- to reduce that. 12. Ring laser gyroscope according to claim 8, thereby
4. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 35 kennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung und Aufgekennzeichnet, dass die Vorrichtung (74 bis 86) zur Erzeu- rechterhaltung der zwei sekundären Moden eine Vorrichtung gung wenigstens einer sekundären Mode (40,42; 78,84) eine (88) zum Extrahieren eines Teiles wenigstens einer der primä-Vorrichtung (74) ausserhalb des Ringlaserkörpers (4) zur Er- ren Moden aus dem genannten optischen Pfad (22) und eine zeugung wenigstens einer sekundären Mode(78,84) mit einer die Schwingungsfrequenz modifizierende Vorrichtung (94, Frequenz, die von der der primären Moden (36,38) verschie- 40 104), die bei einer Frequenz © schwingt und im Pfad der ex-den ist, und einer Vorrichtung (82) zum Einführen der exter- trahierten Moden zur Modifizierung der Frequenz der extra-nen Mode oder Moden in den optischen Pfad der Primärmo- hierten Moden angeordnet ist, umfasst, und dass Mittel (96, den (22), um Mitzieheffekte zwischen den Primärmoden zu 98) zur Einführung der frequenzmodifizierten Mode in den reduzieren, aufweist. Pfad vorgesehen sind, um den Bereich des Mitziehens zwi- 4. Ring laser gyroscope according to claim 1 or 2, characterized in 35 that the device for generating and Auf noted in that the device (74 to 86) to maintain the two secondary modes a device supply at least one secondary mode (40,42 ; 78, 84) one (88) for extracting a part of at least one of the primary devices (74) outside the ring laser body (4) for acquiring modes from said optical path (22) and generating at least one secondary mode (78 , 84) with a device (94, frequency which differs from that of the primary modes (36, 38), which oscillates at a frequency © and is in the path of the ex-the, and a device ( 82) for introducing the extracted modes for modifying the frequency of the extra mode or modes in the optical path of the primary mode modes, and that means (96, (22) for pulling effects between the primary modes to 98) to r Introduction of frequency-modified fashion in the reduce shows. Path are provided to the area of dragging between
5. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 45 sehen den primären Moden zu reduzieren. 5. ring laser gyroscope according to claim 1 or 2, thereby 45 see the primary modes to reduce.
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung und characterized in that the device for generating and
Aufrechterhaltung wenigstens einer sekundären Mode eine Maintaining at least one secondary fashion
Vorrichtung (88) zum Extrahieren eines Teils wenigstens einer der primären Moden (36,38) aus dem geschlossenen Pfad (22) Die Erfindung bezieht sich auf Ringlaser, die als Gyro- Device (88) for extracting a portion of at least one of the primary modes (36, 38) from the closed path (22) The invention relates to ring lasers, which are used as gyro-
der Primärmoden, eine die Schwingungsfrequenz modifizie- so skope verwendet werden, bei denen die Differenz zwischen den rende Vorrichtung (92,94,104), die in dem Pfad (102) der ex- Resonanzfrequenzen von in entgegengesetzter Richtung fort- of the primary modes, a scope modifying the oscillation frequency are used, in which the difference between the rende device (92,94,104), which continues in the path (102) of the ex-resonance frequencies from in the opposite direction.
trahierten Mode angeordnet ist, und eine Frequenzmodula- schreitenden Strahlungsenergie- oder Lichtwellen ein Mass tion der Frequenz der extrahierten Mode erzeugt und eine für die Drehung der Anordnung ist, in der die sich ausbreiten- trahed mode is arranged, and a frequency modulating radiation energy or light waves generates a measurement of the frequency of the extracted mode and is for the rotation of the arrangement in which the propagating
Vorrichtung (98) zum Einführen der frequenzmodifizierten den Wellen wandern. Device (98) for introducing the frequency-modified waves to travel.
Mode in den Pfad der Primärmoden, um eine Schwingung zu 55 Ringlasergyroskope, die in entgegengesetzter Richtung bewirken, die ein Mitziehen zwischen den Primärmoden ver- fortschreitende Laserstrahlen verwenden, sind an sich be- Mode in the path of the primary modes in order to oscillate 55 ring laser gyroscopes, which act in the opposite direction and which use a laser beam that progresses between the primary modes, are known.
ringert, aufweist. kannt. Diese werden zum Messen der Drehung des Ringlaser- wrestles. knows. These are used to measure the rotation of the ring laser
6. Ringlaser-Gyroskop nach einem der Ansprüche 1-4, Gyroskops durch Kombinieren von Teilen der in entgegenge-dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis c/ca so justiert setzter Richtung fortschreitenden Moden verwendet, um eine wird, dass JQ (c/co) minimalisiert wird, wobei c die Amplitude, 60 Schwebungsfrequenz zu erzeugen, die die Frequenzunter- 6. Ring laser gyroscope according to any one of claims 1-4, gyroscopes by combining parts of the in the opposite-characterized in that the ratio c / ca adjusted direction used modes to one that JQ (c / co) is minimized, where c is the amplitude, 60 beat frequency, which
© die Kreisfrequenz einer Komponente der sekundären reso- schiede zwischen den Gegenmoden angeben. Der Ausdruck nanzbefindlichen Mode und J0 die Besselfunktion erster Gat- «Mode» wird austauschbar mit der Bezeichnung «Welle» ver- © Specify the angular frequency of a component of the secondary reso- lution between the opposite modes. The expression nanzfindenden mode and J0 the Bessel function of the first gat "mode" is used interchangeably with the name "wave"
tung nullter Ordnung ist. wendet, und bedeutet eine Resonanzwanderwelle von Strah- tion is zero order. turns, and means a resonant wave of radiation
7. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 3, dadurch ge- lungsenergie, die innerhalb eines Ringlaserhohlraumes fortkennzeichnet, dass zwei externe sekundäre Moden vorhanden « schreitet. Wenn der Ringlaserkörper um eine Achse gedreht sind, die durch eine Kreisfrequenz © getrennt werden, wobei wird, die eine Komponente senkrecht zur Ringlaserebene ent-das Verhältnis c/© so justiert wird, dass J0 (c/©) minimalisiert hält, nimmt die Frequenz von Wellen, die in einer Richtung wird, wobei c proportional zur Amplitude des Überlage- innerhalb des Hohlraumes fortschreiten, zu, während die Fre- 7. Ring laser gyroscope according to claim 3, characterized in gel energy which characterizes within a ring laser cavity that two external secondary modes exist. When the ring laser body is rotated about an axis, which are separated by an angular frequency ©, the component c being adjusted perpendicular to the ring laser plane, the ratio c / © being adjusted so that J0 (c / ©) is minimized, the frequency decreases of waves that become unidirectional, with c progressing in proportion to the amplitude of the overlay within the cavity, while the fre-
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quenz von Wellen, die in entgegengesetzter Richtung fort- verändert die Längen des optischen Pfades der entgegenge-schreiten, abnimmt. Diese Frequenzänderung zwischen den setzt fortschreitenden Welle in nichtreziproker Weise. Dies in entgegengesetzter Richtung fortschreitenden Moden ergibt kann auch dazu verwendet werden, um in obiger Gleichung a eine Änderung der Schwebungsfrequenz proportional der grösser als b zu machen, so dass die Einflüsse des Mitziehens Drehgeschwindigkeit. Durch Überwachung des Schwebungs- 5 minimal gehalten werden. Dieses magnetische Zittern unter signales werden Informationen über die Drehgeschwindigkeit Verwendung einer Faradayschen Zelle ist in der oben angege-des Ringlasers erzielt. benen Literaturstelle von Aronowitz auf den Seiten 157-159 frequency of waves that continue to change in the opposite direction, the lengths of the optical path to the opposite, decrease. This frequency change between the sets progressive wave in a non-reciprocal manner. This results in modes advancing in the opposite direction can also be used to make a change in the beat frequency proportional to the greater than b in equation a above, so that the influences of dragging speed of rotation. Be kept to a minimum by monitoring the beat 5. This magnetic tremor among signals provides information about the rotational speed using a Faraday cell is achieved in the above-mentioned ring laser. Reference by Aronowitz on pages 157-159
Für ein Ringlasergyroskop, das mit niedrigen Drehgesch- erläutert. For a ring laser gyroscope that explains with low rotary speeds.
windigkeiten arbeitet, muss jedoch die Frequenzverriegelung Die vorbeschriebenen Gegenmitzieh-Techniken sind pas- works, but the frequency lock has to be locked. The countermeasure techniques described above are suitable
oder das Mitziehen überwunden werden. Dieses Phänomen 10 siv, d.h. sie hängen nicht von aktiven Laserverstärkungsme-tritt auf, wenn zwei in entgegengesetzte Richtung wandernde dien ab. Bei diesen Methoden sind die Einflüsse auf Wellen, Wellen in einem Resonanzhohlraum mit nur geringfügig un- die in einer Richtung im Laserpfad fortschreiten, gleich und terschiedlichen Frequenzen aufeinander gezogen werden, und entgegengesetzt den Einflüssen auf die Wellen, die in der ent-sich zu einer stehenden Welle mit einer Frequenz kombinie- gegengesetzten Richtung wandern. or pulling away can be overcome. This phenomenon 10 siv, i.e. they do not depend on active laser gain measurement when two minions migrate in opposite directions. With these methods, the influences on waves, waves in a resonance cavity with only a small and non-progressive direction in the laser path, are equal and different frequencies are drawn against each other, and opposite to the influences on the waves that develop in the one the standing wave with a frequency in the opposite direction.
ren. Daraus ergibt sich, dass für geringe Drehgeschwindig- 15 Zur Erläuterung werden die beiden entgegengesetzten Re-keiten des Ringlasers, bei denen die Frequenzdifferenzen zwi- sonanzmoden in einem Ringlaserhohlraum, die kombiniert sehen den beiden entgegengesetzten Moden sehr klein sind, werden und eine Drehinformation ergeben, als «Primärmo-die Wellen zusammengezogen werden, so dass die Schwe- den» bezeichnet. Aufgabe der Erfindung ist es, das Mitziehen bungsfrequenz sich nicht ändert und das Gyroskop unemp- zwischen in entgegengesetzter Richtung fortschreitenden Pri-findlich gegen niedrige Drehgeschwindigkeiten ist. Die Ein- 20 märmoden in einem Ringlaserhohlraum dadurch so gering flüsse des Mitziehens sind im einzelnen in Laser Applications, wie möglich zu halten, dass zusätzliche Moden in den Ringla-Monte Ross, Academic Press, Inc., New York, 1971 in dem serhohlraum eingeführt werden. Diese zusätzlichen Moden Aufsatz «The Laser Gyro» von Frederick Aronowitz, Seiten oder «Sekundärmoden» schwingen mit Frequenzen, die ver-133-200, beschrieben. schieden von denen der Primärmoden sind, und sind mit den It follows from this that for low rotational speeds, the two opposite sides of the ring laser, in which the frequency differences between resonance modes in a ring laser cavity, which are combined to see the two opposite modes, are very small, and a rotation information result as "Primarmo - the waves are contracted so that the Swedes". The object of the invention is that the pulling frequency does not change and the gyroscope is sensitive to low rotational speeds between progressing in the opposite direction. The single modes in a ring laser cavity are kept as small as possible in dragging in laser applications as much as possible, that additional modes in the Ringla-Monte Ross, Academic Press, Inc., New York, 1971 were introduced in the server cavity will. These additional modes essay "The Laser Gyro" by Frederick Aronowitz, pages or "secondary modes" vibrate at frequencies that ver-133-200, described. are different from those of the primary modes, and are with the
Es ist bekannt, dass die Hauptursache des Mitziehkop- 25 Primärmoden über das Laserverstärkungsmedium gekoppelt, peins die wechselseitige Streuung von Energie aus jedem der damit ein Gegenmitzieheffekt erzeugt wird. It is known that the main cause of the pull-in head mode is coupled via the laser amplification medium, the mutual scattering of energy from each of which creates a counter-pulling effect.
Strahlen in die Richtung des anderen ist. Diese wechselseitige Dies wird gemäss der Erfindung mit einem Ringlaser-Gy- Is shining in the direction of the other. This reciprocal die is according to the invention with a ring laser Gy
Streuung oder Rückstreuung ist im einzelnen in Aronowitz roskop erreicht, der definiert ist durch die kennzeichnenden (siehe oben), Seiten 148-153 erläutert. Die Differenzfrequenz Merkmale des Patentanspruches 1. Merkmale von Ausfüh-zwischen zwei in entgegengesetzter Richtung fortschreitenden 30 rungsarten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Wellen in einem Ringlaser ist durch die Gleichung Ansprüche. Scattering or backscattering is achieved in detail in Aronowitz roskop, which is defined by the characterizing (see above), pages 148-153. The difference frequency features of claim 1. Features of execution between two in the opposite direction progressing 30 types of the invention are the subject of the dependent waves in a ring laser is by the equation claims.
Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wer-v]/ = a + b • sin \|/ den vier Schwingungsresonanzmoden im Ringlaserhohlraum erzeugt. Diese vier Moden können dadurch erzeugt werden, gegeben, wobei \|/ die augenblickliche Phasendifferenz zwi- 35 dass der Laserhohlraum verstimmt wird, so dass die beiden sehen den sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitenden Primärmoden mit einer Frequenz arbeiten, die etwas aus der Wellen, a proportional der Drehgeschwindigkeit des Ringla- Mitte der Laserverstärkungskurve versetzt ist, während zwei sers, und b proportional der Grösse der rückgesteuerten Ener- schwächere Sekundärmoden mit Frequenzen schwingen, die gie ist. Wenn a kleiner als b ist, wird die Schwebungsfrequenz auf der Verstärkungskurve nur etwas über dem Schwellwert gleich Null und der Ringlaser wird mitgezogen. Um einen 40 liegen. Der Schwellwert wird als der Bereich auf der Verstär-Gyroskopausgang zu erhalten, der der Drehung des Ringla- kungskurve definiert, in welchem eine Resonanzmode im Laserkörpers entspricht, muss a grösser als b sein. serverstärkungsmedium beginnt, verstärkt zu werden. Die Se- In a special embodiment of the invention, the four oscillation resonance modes are generated in the ring laser cavity. These four modes can be generated by giving the instantaneous phase difference between the laser cavity being detuned so that the two see the primary modes propagating in the opposite direction operating at a frequency somewhat out of the waves, a proportional to the speed of rotation of the ringla-center of the laser gain curve is offset while two sers, and b proportional to the size of the back-controlled ener- weaker secondary modes vibrate at frequencies that is gie. If a is less than b, the beat frequency on the gain curve is just slightly above the threshold value equal to zero and the ring laser is pulled along. To be around a 40. The threshold value is obtained as the area on the amplification gyroscope output that defines the rotation of the ring curve curve in which a resonance mode in the laser body corresponds, a must be greater than b. Server strengthening medium begins to be strengthened. These-
Eine Möglichkeit, um das Mitziehen zu eliminieren, be- kundärmoden werden über das aktive Verstärkungsmedium steht darin, den Ringlaserkörper mechanisch in Schwingun- mit den Primärmoden gekoppelt, wodurch ein Zittereffekt in gen zu versetzen. Dadurch, dass der Laser in Schwingungen 45 der Differenzfrequenz der beiden starken Moden erzeugt versetzt wird bzw. Zitterbewegungen ausführt, wird dem Gy- wird. Dieser Zittereffekt, der in der Gleichung für y als Er-roskop eine Drehgeschwindigkeit so überlagert, dass über den gebnis der Kopplung der schwachen und starken Moden auf-grössten Teil der Zeit a grösser als b ist, und die Einflüsse von tritt, wirkt der Mitziehkomponente der Gleichung entgegen b ausserordentlich klein sind oder eliminiert werden. Ein Gy- und verringert oder eliminiert sie. One way of eliminating dragging is to use the active amplification medium to mechanically couple the ring laser body into vibrations with the primary modes, causing a tremor effect. The fact that the laser is caused to vibrate 45 of the difference frequency of the two strong modes or causes tremors is the Gy-. This trembling effect, which in the equation for y as an eroscope, superimposes a rotational speed so that a is greater than b for most of the time due to the coupling of the weak and strong modes, and the influences of acts on the pulling component contrary to the equation b are extraordinarily small or are eliminated. A Gy and reduces or eliminates them.
roskop, das mechanische Zitterbewegungen verwendet, ist in 50 Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, DE-OS 27 49 125 erläutert. dass eine Störschwingung aus einer externen Laserquelle ein- roskop, which uses mechanical tremors, is in 50. Another embodiment of the invention provides, DE-OS 27 49 125 explains. that interference from an external laser source
Eine weitere Möglichkeit, die Einflüsse des Mitziehens geführt wird. Zwei Laserstrahlen können in den Ringlaser-sehr gering zu halten, besteht darin, eine gerichtete Zitterbe- hohlraum eines Ringlasers mit zwei Moden injiziert werden, wegung des Magnetfeldes einer Faradayschen Zelle zu erzeu- Die injizierten Moden, von denen jede in einer anderen Rich-gen, die innerhalb eines Ringlaserpfades angeordnet ist. In- 55 tung wandert, erfahren eine Verstärkung aus dem Laserme-nerhalb des Ringlaserhohlraumes werden linear polarisierte dium und werden somit mit zwei Primärmoden gekoppelt, die Laserwellen in kreisförmig polarisiertes Licht umgewandelt, im Ringlaser erzeugt werden. Diese injizierten Moden, deren dessen Vektor in der gleichen Richtung wie die Wicklungen in Frequenzen verschieden von denen der Primärmoden sind, der Faradayschen Zelle rotiert. Den kreisförmig polarisierten werden mit den Primärmoden gekoppelt, so dass ein Zitteref-Lichtwellen wird durch das magnetische Feld entgegenge- 60 fekt in der Differenzfrequenz erreicht wird. Das Zittern verwirkt, wenn die Lichtquellen die Faradaysche Zelle durchlau- ringert oder eliminiert die Kopplung zwischen den beiden in fen, und es wird eine Zunahme oder Abnahme der Länge des entgegengesetzter Richtung fortschreitenden Primärmoden, optischen Pfades erhalten, je nach der Richtung des Feldes wodurch entsprechend das Mitziehen verringert oder elimi-und der Richtung, in der Wellen wandern. Nach Verlassen niert wird. Another way the influences of pulling is led. Two laser beams can be kept in the ring laser very low, consists of injecting a directional dither cavity of a ring laser with two modes to generate motion of the magnetic field of a Faraday cell. The injected modes, each in a different direction , which is arranged within a ring laser path. Inten- tion travels, undergoes amplification from the laser within the ring laser cavity, linearly polarized dium and is thus coupled with two primary modes, which convert laser waves into circularly polarized light and are generated in the ring laser. These injected modes, whose vector rotates in the same direction as the windings at frequencies different from those of the primary modes, of the Faraday cell. The circularly polarized ones are coupled to the primary modes, so that a trembling light wave is counteracted by the magnetic field in the difference frequency. The tremor is forfeited when the light sources pass through the Faraday cell or eliminates the coupling between the two in fen, and an increase or decrease in the length of the opposite primary mode, optical path, is obtained, depending on the direction of the field the dragging decreases or elimi-and the direction in which waves travel. After leaving is kidneyed.
der Faradayschen Zelle wird das kreisförmig polarisierte 65 Eine zusätzliche Ausführungsform der Erfindung besteht Licht in linearpolarisiertes Licht zurückverwandelt. Dadurch, darin, dass ein Teil einer der in entgegengesetzter Richtung dass der Strom in den Wicklungen der Faradayschen Zelle fortschreitenden Wellen des Ringlasers als externe Quelle verschwingt, schwingt das magnetische Feld entsprechend und wendet wird. In diesem Fall, bei dem zwei Primärmoden im In the Faraday cell, the circularly polarized light is converted back into linearly polarized light. Due to the fact that part of one of the waves of the ring laser traveling in the opposite direction, that is, the current in the windings of the Faraday cell, oscillates as an external source, the magnetic field oscillates accordingly and is turned. In this case, where two primary modes in
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Ringlaser eine ausreichende Verstärkung haben, um zu schwingen, wird ein Teil einer Mode aus dem Ringlaserhohlraum über einen teilreflektierenden Spiegel extrahiert. Der extrahierte Teil wird durch Dopplereffekt verschoben, damit seine Resonanzfrequenz geändert und geschwächt wird, und wird dann zurück in den Ringlaser injiziert. Dieser durch Dopplereffekt verschobene Mode, der eine etwas andere Frequenz hat, wird mit dem ursprünglichen Primärmode kombiniert, und ergibt einen Zittereffekt, der das Mitziehen verringert. Ring lasers have sufficient gain to oscillate, part of a mode is extracted from the ring laser cavity via a partially reflecting mirror. The extracted part is shifted by Doppler effect to change and weaken its resonance frequency, and is then injected back into the ring laser. This mode shifted by Doppler effect, which has a slightly different frequency, is combined with the original primary mode and results in a tremor effect that reduces dragging.
Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: The invention is explained below in connection with the drawing using exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäs-sen Ringlasergyroskops, bei dem die Hohlraumlängensteuer-schaltung die Hohlraumlänge so einstellt, dass zwei starke Primärmoden und zwei schwächere Sekundärmoden im Verstärkungsmedium erzeugt werden, 1 shows a first embodiment of the ring laser gyroscope according to the invention, in which the cavity length control circuit adjusts the cavity length in such a way that two strong primary modes and two weaker secondary modes are generated in the gain medium.
Fig. 2 und 3, wie die optische Frequenz des Resonanzhohlraumes so abgestimmt werden kann, dass die Resonanzwellen im Hohlraum an gewünschten Stellen auf der Laserverstärkungskurve arbeiten, 2 and 3, how the optical frequency of the resonance cavity can be adjusted so that the resonance waves in the cavity work at desired points on the laser amplification curve,
Fig. 4, wie ein Laserhohlraum verstimmt wird, damit schwächere Sekundärmoden mit stärkeren Primärmoden gekoppelt das Mitziehen zwischen zwei entgegengesetzten Primärmoden verringern, 4 how a laser cavity is detuned so that weaker secondary modes coupled with stronger primary modes reduce dragging between two opposite primary modes,
Fig. 5 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäs-sen Ringlasergyroskops, wobei Sekundärmoden durch eine äussere Laserquelle erzeugt und in den Resonanzhohlraum injiziert werden, um sie mit den entgegengesetzten Primärmoden zu koppeln, und 5 shows a second embodiment of the ring laser gyroscope according to the invention, secondary modes being generated by an external laser source and being injected into the resonance cavity in order to couple them to the opposite primary modes, and
Fig. 6 eine dritte Ausführungsform eines erfmdungsge-mässen Ringlasergyroskops, wobei ein Teil einer Primärmode von einem Ringlaserresonanzhohlraum extrahiert durch Dopplereffekt in der Frequenz verschoben, und dann erneut in den Hohlraum injiziert wird, um ihn mit einer Primärmode zu koppeln. 6 shows a third embodiment of a ring laser gyroscope according to the invention, in which part of a primary mode extracted from a ring laser resonance cavity is shifted in frequency by the Doppler effect, and then injected again into the cavity in order to couple it to a primary mode.
Wie vorstehend ausgeführt, ist die Differenzfrequenz oder Schwebungsfrequenz, die sich durch Kombinieren der beiden primären, entgegengesetzten Resonanzmoden innerhalb eines Ringlaserhohlraumes ergibt, durch die Gleichung i|/ = a + b sin \|/ As stated above, the difference frequency or beat frequency which results from combining the two primary, opposite resonance modes within a ring laser cavity is given by the equation i | / = a + b sin \ | /
bestimmt, wobei tj/ die augenblickliche Phasendifferenz zwischen den entgegengesetzt wandernden Wellen, a proportional der Rotationsgeschwindigkeit des Ringlasergyroskops, und b proportional der Grösse der rückgestrahlten Energie ist. Der Ausdruck «b sin \j/» stellt die Kopplung dar, die sich aus der Rückstreuung ergibt. Für kleine Drehgeschwindigkeiten ist a kleiner als b, und \|/ geht nach Null. In diesem Fall wird das Ringlasergyroskop mitgezogen und ergibt kein Ausgangssignal, das der tatsächlichen Drehung entspricht. Somit arbeitet bei kleinen, endlichen Drehgeschwindigkeiten der Ringlaser nicht gut als Gyroskop. where tj / is the instantaneous phase difference between the oppositely traveling waves, a proportional to the speed of rotation of the ring laser gyroscope, and b proportional to the magnitude of the retroreflected energy. The expression «b sin \ j /» represents the coupling that results from backscattering. For low speeds, a is less than b and \ | / goes to zero. In this case the ring laser gyroscope is pulled along and gives no output signal which corresponds to the actual rotation. Thus, at low, finite rotational speeds, the ring laser does not work well as a gyroscope.
Durch physikalische Massnahmen am Ringlaser, mit deren Hilfe erreicht wird, dass die Schwebungsfrequenz sinusförmig gestört wird, wird ein zusätzlicher Zeitändernder Faktor der obigen Gleichung hinzugefügt, so dass die Gleichung dann lautet Through physical measures on the ring laser, with the aid of which the beat frequency is disturbed sinusoidally, an additional time-changing factor is added to the above equation, so that the equation is then
Y = a + b sin v|/ + c- cos rat Y = a + b sin v | / + c- cos rat
In der neuen Gleichung stellen c und co die Amplitude und die Frequenz der bei der Differenzfrequenz aufgegebenen Störung dar. In the new equation, c and co represent the amplitude and the frequency of the interference given up at the difference frequency.
Löst man diese Gleichung nach y (t) auf, ergibt eine gute Annäherung die Gleichung Solving this equation according to y (t) gives a good approximation to the equation
V (t) = at-^-J0(|-)cos(at) V (t) = at - ^ - J0 (| -) cos (at)
wobei J0 die Besselfunktion erster Gattung nullter Ordnung 5 ist. where J0 is the Bessel function of the first type of zero order 5.
Wenn die Werte von c und co so gewählt werden, dass J0 = Null, reduziert sich diese Gleichung auf If the values of c and co are chosen such that J0 = zero, this equation is reduced to
¥ (t) = at ¥ (t) = at
10 10th
und der Mitziehausdruck der ursprünglichen Differenzfrequenzgleichung wird eliminiert. In der folgenden Erläuterung der Erfindung wird ein derartiger zusätzlicher Störeffekt der Differenzfrequenz dadurch erreicht, dass zusätzliche Moden 15 oder Frequenzen in den Ringlaserhohlraum eingeführt werden, die mit den Primärresonanzmoden gekoppelt sind. Der Einfluss dieser zusätzlichen Störwellen oder Sekundärmoden wird durch Hinzufügen des Ausdruckes c-cos cot in der vorstehend erläuterten Weise beschrieben. Durch Steuerung der 20 Grösse und Frequenz der Sekundärmoden können die Ausdrücke c und co so manipuliert werden, dass sie das Mitziehen im Ringlasergyroskop verringern. and the pull-out expression of the original differential frequency equation is eliminated. In the following explanation of the invention, such an additional interference effect of the difference frequency is achieved by introducing additional modes 15 or frequencies into the ring laser cavity, which are coupled to the primary resonance modes. The influence of these additional interference waves or secondary modes is described by adding the expression c-cos cot in the manner explained above. By controlling the size and frequency of the secondary modes, the expressions c and co can be manipulated in such a way that they reduce dragging in the ring laser gyroscope.
Fig. 1 zeigt ein Ringlasergyroskop 2. Der Laserkörper 4 besteht aus Quarz, und ein abgedichteter Hohlraum 6 inner-25 halb des Laserkörpers ist mit 90% Helium und 10% Neon gefüllt. Zwei Anoden 8 und 10 sowie zwei Kathoden 12 und 14 sind mit dem Hohlraum 6 verbunden. Das Gasgemisch in den Räumen des Hohlraumes zwischen der Kathode 12 und der Anode 8 sowie der Kathode 14 und der Anode 10 ist elek-30 trisch geladen, so dass ein Gasplasma vorhanden ist, das als Verstärkungsmedium zur Erzeugung und Verstärkung der Resonanzlasermoden innerhalb des Hohlraumes 6 dient. Drei dielektrische Spiegel 16,18 und 20 sind an den drei Ecken des dreieckförmigen Resonanzhohlraumes 6 angeordnet. Diese 35 Spiegel weisen Mehrfachschichten aus dielektrischen Überzügen auf, die an sich bekannt sind. 1 shows a ring laser gyroscope 2. The laser body 4 consists of quartz, and a sealed cavity 6 inside the laser body is filled with 90% helium and 10% neon. Two anodes 8 and 10 and two cathodes 12 and 14 are connected to the cavity 6. The gas mixture in the spaces of the cavity between the cathode 12 and the anode 8 and the cathode 14 and the anode 10 is electrically charged, so that a gas plasma is present which acts as an amplification medium for generating and amplifying the resonance laser modes within the cavity 6 serves. Three dielectric mirrors 16, 18 and 20 are arranged at the three corners of the triangular resonance cavity 6. These 35 mirrors have multiple layers of dielectric coatings, which are known per se.
Der Spiegel 20 ist ein teilreflektierender Spiegel, der gestattet, dass ein kleiner Teil der Ringlaserwellen, die auf ihn auftreffen, durch den Spiegel gelangt. Teile der beiden in Ge-4o genrichtung fortschreitenden Primärmoden, die im Hohlraum 6 längs des durch die Linie 22 angegebenen Pfades wandern, gelangen durch den Spiegel 20 und werden in einer prismenartigen Vorrichtung in der Kombinier- und Photodetektoranordnung 23 kombiniert, damit ein Streumuster entsteht. 45 Dieses Streumuster wird durch fotoempfindliche Detektoren aufgenommen, und die darin erzeugten Signale werden über Leiter 24 an eine logische Datenreduzierschaltung 26 übertragen, die Geschwindigkeit und Richtungssinn der Drehung bestimmt. Eine detailliertere Erörterung der Kombination von so in entgegengesetzter Richtung fortschreitenden Wellen und der Verarbeitung der daraus erhaltenen Information ergibt sich aus der vorgenannten Literaturstelle, Seiten 139 bis 141. The mirror 20 is a partially reflecting mirror that allows a small portion of the ring laser waves that strike it to pass through the mirror. Parts of the two primary modes progressing in the opposite direction, which move in the cavity 6 along the path indicated by the line 22, pass through the mirror 20 and are combined in a prism-like device in the combining and photodetector arrangement 23, so that a scattering pattern is produced. 45 This scattering pattern is recorded by photosensitive detectors and the signals generated therein are transmitted via conductor 24 to a logic data reduction circuit 26, which determines the speed and direction of rotation. A more detailed discussion of the combination of waves advancing in the opposite direction and the processing of the information obtained therefrom can be found in the aforementioned literature reference, pages 139 to 141.
Die Laserstrahlfrequenz wird durch Veränderung der Hohlraumlänge, d.h. des Abstandes, den die Lasermoden zur 55 Vervollständigung einer vollen Schleife um den Pfad 22 zurücklegen, gesteuert. Es ist erwünscht, die Hohlraumlänge so einzustellen oder abzustimmen, dass die Moden, die innerhalb des Hohlraumes in Resonanz kommen, in der Mitte der Intensitätsverteilungskurve (Verstärkungskurve) für das je-60 weilige Laserverstärkungsmedium liegen. Um die Hohlraumlänge einzustellen, ist der Spiegel 16 an dem Laserkörper 4 so befestigt, dass er sich nach innen und aussen bewegen kann. Mit der Rückseite des Spiegels 16 ist ein Stapel von piezoelektrischen Elementen 28 verbunden. Die Hohlraumlängensteu-65 erung wird dadurch erzielt, dass der Spiegel 16 durch Anlegen einer Wechselspannung an die piezoelektrischen Elemente 28 zum Schwingen bzw. Zittern gebracht wird. Wenn der Spiegel 16 mit einer bestimmten Frequenz schwingt, ändert sich das The laser beam frequency is determined by changing the cavity length, i.e. the distance the laser modes travel to complete a full loop around path 22. It is desirable to adjust or tune the cavity length so that the modes that resonate within the cavity are in the middle of the intensity distribution curve (gain curve) for the respective 60 gain laser gain medium. In order to adjust the cavity length, the mirror 16 is attached to the laser body 4 in such a way that it can move inwards and outwards. A stack of piezoelectric elements 28 is connected to the rear of the mirror 16. The cavity length control is achieved in that the mirror 16 is made to vibrate or tremble by applying an alternating voltage to the piezoelectric elements 28. If the mirror 16 vibrates at a certain frequency, that changes
5 645 718 5 645 718
Intensitätssignal, das in der Photodetektoranordnung 23 er- Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie eine zeugt wird, entsprechend und wird über den Leiter 30 an eine Verstimmung die Verriegelungsfrequenz zwischen den Pri- 4 is a graphical representation which shows how one is generated, and is adjusted via the conductor 30 to a detuning of the locking frequency between the pri
Steuerschaltung 32 für die Hohlraumlänge mit geschlossener märmoden 36 und 38 in einem speziellen Beispiel beeinflusst. Control circuit 32 for the cavity length with closed mode 36 and 38 influenced in a specific example.
Schleife übertragen. Diese Schaltung bestimmt, wo die Reso- Die Verstimmung wird als Abstimmung der Pfadlänge am nanzmoden im Hohlraum längs der Verstärkungskurve ange- 5 Ringlaser in der Weise definiert, dass die optische Frequenz ordnet sind, und stellt die Nennhohlraumlänge dadurch ein, der Primärmoden aus der Mitte der Verstärkungskurve geän- Transfer loop. This circuit determines where the resonance. The detuning is defined as the tuning of the path length at the nanzmoden in the cavity along the amplification curve in such a way that the optical frequency is ordered, and sets the nominal cavity length by the primary mode from the center the gain curve
dass das elektrische Gleichstromsignal, das über den Leiter 34 dert wird. In Fig. 4 war das Mitziehen praktisch für einen Fall an die piezoelektrischen Elemente 28 gegeben wird, vergrös- eliminiert, wenn die Hohlraumpfadlänge soweit verstimmt sert oder verringert wird. Eine eingehende Erörterung dieser war, dass die Primärmoden 150 MHz aus der Mitte der Ver- that the DC electrical signal that is changed across conductor 34. In FIG. 4, the pulling was practically given to the piezoelectric elements 28 for a case, enlarged-eliminated, if the cavity path length was detuned or reduced as far as possible. A detailed discussion of this was that the primary modes 150 MHz from the middle of the spectrum
Schaltungsart ist dem NASA-Report Nr. CR-132261 «De- io stärkungskurve lagen. The type of connection is NASA Report No. CR-132261 “Deio strengthening curve.
sign and Development of the AA1300Ab02 Laser Gyro», ver- Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 5 fasst von T.J. Podgorski und D.N. Thymian, 1973, Seiten 10 gezeigt. Diese Ausführungsform zeigt einen Ringlaser mit und 11, zu entnehmen. zwei Moden ähnlich dem Ringlasergyroskop nach Fig. 1. Es Für die Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 wird ist ein abgedichteter Hohlraum 52 vorgesehen, der 90% He-das Zittern der Differenzfrequenz zwischen den in entgegen- 15 lium und 10 % Neon enthält, was bei elektrischer Erregung gesetzter Richtung fortschreitenden Primärmoden im Hohl- zwischen den Anoden 54 und den Kathoden 56 das Laserverraum durch Verstimmen der Hohlraumlänge erreicht. Bei- stärkungsmedium darstellt. Teile der beiden in entgegenge-spielsweise ist in Fig. 2 die Laserverstärkungskurve 44, d.h. setzter Richtung fortschreitenden Primärwellen im Hohlraum die Intensitätsverteilung des im Laserverstärkungsplasma werden über einen teiltransparenten dielektrischen Spiegel 58 emittierten Lichtes in Abhängigkeit von der optischen Fre- 20 in eine Kombinier- und Photodetektoranordnung 60 einge-quenz dieses emittierten Lichtes gezeigt. Wie bekannt, können führt, wo Signale erzeugt und auf eine logische Datenredu-nur bestimmte Frequenzen innerhalb des Ringlaserhohlrau- zierschaltung 62 übertragen werden. Ein Wechselstromsignal, mes in Resonanz kommen, d.h. verstärkt werden. Der Fre- das in der Steuerschaltung 66 für die Hohlraumlänge erzeugt quenzabstand zwischen diesen Resonanzmoden wird durch wurde, wird in einen piezoelektrischen Stapel 68 eingeführt, die Lichtgeschwindigkeit (q) dividiert durch die Pfadlänge 25 der den Spiegel 70 zum Zittern und damit die Hohlraumlänge (L), oder den Abstand, den eine Welle zurücklegt, wenn sie des Gyroskops zum Schwingen bringt. Intensitätssignale aus eine volle Schleife um den Laserpfad ausführt, bestimmt. der Kombinier- und Photodetektoranordnung 60 werden In Fig. 2 stellen die Linien 36 und 38 die Moden im Uhr- über den Leiter 64 an die Steuerschaltung 66 für die Hohlzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn dar, die bei einer be- raumlänge übertragen. Änderungen des Intensitätssignals stimmten Frequenz vorhanden sind, wenn der Ringlaserhohl- 30 aufgrund von Schwingungen des piezoelektrischen Stapels 68 räum auf die Mitte der Verstärkungskurve 44 abgestimmt ist. werden in der Hohlraumlängensteuerschaltung 66 verarbei-Die Linien 40 und 42 sowie die Linien 46 und 48 stellen die tet. Die Gleichstromkomponente des an den piezoelektri-nächstkommenden Moden auf der optischen Frequenzskala , sehen Stapel längs der Leitung 72 übertragenen Signales wird dar, die auch innerhalb des Hohlraumes vorhanden sein kön- so eingestellt, dass die Hohlraumlänge für maximale Intensi-nen, mit der Ausnahme, dass kein Verstärkungsmedium vor- 35 tät der darin in entgegengesetzter Richtung fortschreitenden gesehen ist, das diese anderen Moden innerhalb des Hohlrau- Wellen optimiert wird. Im Gegensatz zu dem Ausführungs-mes 6 verstärkt. Der Intensitätspegel, der durch die gestri- beispiel nach Fig. 1 wird hierbei die Hohlraumlänge so einge-chelte Linie 50 dargestellt ist, bezeichnet den Schwellwert stellt, dass die Resonanzmoden in der Mitte der Verstär-oder den Pegel, über welchem das Laserverstärkungsmedium kungskurve arbeiten. Sign and Development of the AA1300Ab02 Laser Gyro »,- Another embodiment of the invention is shown in Fig. 5 summarized by T.J. Podgorski and D.N. Thyme, 1973, pages 10. This embodiment shows a ring laser with and 11, can be seen. two modes similar to the ring laser gyroscope according to FIG. 1. A sealed cavity 52 is provided for the embodiment of the invention according to FIG. 1, which contains 90% He-the tremor of the difference frequency between the counter-15 lium and 10% neon, what progresses in the cavity between the anodes 54 and the cathodes 56 when the primary mode progresses with electrical excitation in the laser space by detuning the cavity length. Represents reinforcement medium. In contrast, parts of the two in FIG. 2 is the laser amplification curve 44, i.e. primary waves progressing in the cavity, the intensity distribution of the light emitted in the laser amplification plasma is shown via a partially transparent dielectric mirror 58 as a function of the optical frequency 20 in a combination and photodetector arrangement 60, which emits this emitted light. As is known, where signals are generated and transmitted to a logical data reducer, only certain frequencies can be transmitted within the ring laser cavity circuit 62. An AC signal that resonates, i.e. be reinforced. The frequency that is generated in the control circuit 66 for the cavity length is passed through these resonance modes, is introduced into a piezoelectric stack 68, the speed of light (q) divided by the path length 25 of the mirror 70 to tremble and thus the cavity length (L ), or the distance a wave travels when it makes the gyroscope vibrate. Intensity signals from a full loop around the laser path are determined. of the combination and photodetector arrangement 60 in FIG. 2, the lines 36 and 38 represent the modes in the clockwise direction via the conductor 64 to the control circuit 66 for the hollow-clockwise and counter-clockwise directions, which transmit at a room length. Changes in the intensity signal tuned frequency are present when the ring laser cavity 30 is tuned to the center of the gain curve 44 due to vibrations of the piezoelectric stack 68. are processed in the cavity length control circuit 66-The lines 40 and 42 and the lines 46 and 48 represent the tet. The direct current component of the signals arriving at the piezoelectrode closest to the optical frequency scale, see stacks along line 72, is represented, which can also be present within the cavity, so that the cavity length for maximum intensities, with the exception of that no amplification medium is present, which is progressing in the opposite direction, that these other modes are optimized within the Hohlrau shaft. In contrast to the execution mes 6 reinforced. The intensity level, which is shown by the striped example according to FIG. 1, here the line 50 so dotted, denotes the threshold value that the resonance modes are in the middle of the amplification or the level above which the laser amplification medium works .
die Resonanzwellen innerhalb des Hohlraumes verstärkt. 40 Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 werden störende se- amplifies the resonance waves within the cavity. 40 In the embodiment according to FIG. 5, disruptive
Für die Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 wird kundäre Wellen bei Frequenzen, die verschieden von denen eine Verstimmung der Hohlraumlänge dadurch erreicht, dass der Primärresonanzmoden im Lasergyroskop sind, aus einer die Gleichstromkomponente des elektrischen Signals an den externen Quelle eingeführt. Die externe Quelle ist in diesem piezoelektrischen Elementen 28 eingestellt wird, so dass die Falle ein linearer Laser 74 mit zwei Moden. Zwei getrennte For the embodiment of the invention according to FIG. 1, customer-specific waves at frequencies which differ from those which detune the cavity length by virtue of the fact that the primary resonance modes are in the laser gyroscope, introduce the direct current component of the electrical signal to the external source. The external source is set in this piezoelectric element 28 so that the trap is a linear laser 74 with two modes. Two separate ones
Hohlraumlänge verstimmt wird, damit die Hauptmoden 36 45 Moden, die in dem linearen Laser 74 erzeugt werden, wan- Cavity length is detuned so that the main modes 36 45 modes generated in the linear laser 74
und 38 aus der Mitte der Verstärkungskurve verschoben wer- dem kolinear zu dem Dispersionselement 76. Derartige Dis- and 38 are shifted colinearly from the center of the amplification curve to the dispersion element 76.
den. Es muss eine ausreichend grosse Verstimmung vorge- persionselemente sind in der Technik bekannt und können ein nommen werden, damit Sekundärresonanzwellen, die über Gitter für das Zerlegen unterschiedlicher Frequenzen in un- the. A sufficiently large detuning of pre-persistence elements are known in the art and can be adopted so that secondary resonance waves, which are generated by gratings for the decomposition of different frequencies into
dem Schwellwert schwingen, in den Resonanzhohlraum 6 ein- terschiedliche Anteile aufweisen. Nach dem Durchlaufen des geführt werden können. Fig. 3 zeigt, wie die Hohlraumlänge 50 Dispersionselementes 76 wird eine Sekundärmode 78 zum eingestellt wird, damit Resonanzmoden 36 und 38 aus der dielektrischen Spiegel 80 aufgebrochen, wo sie zum teilweise the threshold value, have different portions in the resonance cavity 6. After going through the can be performed. Fig. 3 shows how the cavity length 50 of the dispersion element 76 is set to a secondary mode 78 so that resonance modes 36 and 38 are broken up from the dielectric mirror 80 where they are partially
Mitte der Verstärkungskurve 44 genügend weit verschoben übertragenden Spiegel 82 reflektiert wird. Beim Durchlaufen werden, damit Sekundärwellen 40 und 42 etwa über Schwell- des Spiegels 82 tritt die Mode 78 in den Ringlaserhohlraum 52 In the middle of the amplification curve 44, the mirror 82 is reflected, which is shifted sufficiently far. When passing through, so that secondary shafts 40 and 42, approximately above the threshold of the mirror 82, the mode 78 enters the ring laser cavity 52
wert auf der Verstärkungskurve schwingen können. in Uhrzeigerrichtung ein und wird mit der in Uhrzeigerrich- worth swinging on the gain curve. clockwise and is aligned with the clockwise
Die Sekundärmode 40, die im Hohlraum im Uhrzeiger- 55 tung wirksamen Primärmode, die im Hohlraum erzeugt wird, The secondary mode 40, the primary mode active in the cavity in the clockwise direction, which is generated in the cavity,
sinn fortschreitet, wird nunmehr mit der stärkeren Primär- gekoppelt. meaning is now being coupled with the stronger primary.
mode 36 gekoppelt, die im Hohlraum 6 über dem Schwellwert Die Sekundärmode 84 wird durch das Dispersionselement und in der gleichen Richtung fortschreitet. Dies bewirkt einen 76 zum Spiegel 86 und dann durch den Spiegel 82 abgelenkt. mode 36 coupled in the cavity 6 above the threshold value. The secondary mode 84 is progressing through the dispersion element and in the same direction. This causes a 76 to mirror 86 and then deflected by mirror 82.
Zittereffekt auf den \|/ Ausdruck in der Differenzfrequenzglei- Sie tritt in den Hohlraum 52 ein, wobei sie in Gegenuhrzeiger- Trembling effect on the expression in the differential frequency equilibrium. It enters the cavity 52, counterclockwise.
chung. In gleicher Weise wird die Sekundärmode 42 in Ge- 60 richtung wandert, und wird mit der in Gegenuhrzeigerrich- chung. In the same way, the secondary mode 42 moves in the direction 60 and is moved in the counterclockwise direction.
genuhrzeigerrichtung mit der Primärmode 38 kombiniert, um tung wirksamen Primärmode gekoppelt. clockwise direction combined with primary mode 38 coupled to effective primary mode.
einen Zittereffekt zu erreichen. Die Effekte der Störmoden 40 Der Störeinfluss der Sekundärmoden, der in den Hohl- to achieve a tremor. The effects of the disturbance modes 40 The disturbance influence of the secondary modes, which
und 42 werden durch den Ausdruck c-cos cot in obiger Glei- räum eingeführt wird, ist in der Differenzfrequenzgleichung chung bestimmt. Durch Einstellung der Intensität längs der durch den Ausdruck c-cos cot geg ben. Die Differenzfrequenz and 42 are introduced by the expression c-cos cot in the above equation, is determined in the differential frequency equation. By adjusting the intensity along the given by the expression c-cos cot. The difference frequency
Verstärkungskurve der Moden 40 und 42 wie auch der Fre- 65 zwischen den Sekundärmoden 78 und 84 wird durch co darge- The gain curve of modes 40 and 42 as well as Fre- 65 between secondary modes 78 and 84 is shown by co
quenz, bei der sie oszillieren, können c und œ in der Glei- stellt. Der Amplitudenteil c ist proportional der Grösse der chung gesteuert werden, um die Einflüsse des Mitziehens zu Signale 78 und 84 und der Grösse der Differenzfrequenzen verringern, wie vorstehend erörtert wurde. zwischen den Sekundär- und Primärmoden im Hohlraum. quenz, at which they oscillate, c and œ can be put in the track. The amplitude portion c is proportional to the size of the chung to be controlled to reduce the effects of pulling in signals 78 and 84 and the size of the difference frequencies, as discussed above. between the secondary and primary modes in the cavity.
645 718 645 718
Die Ausdrücke c und œ können deshalb so beeinflusst werden, dass sie das Mitziehen verringern, indem die Durchlässigkeit des Spiegels 82 und die Frequenz und Grösse der in dem Linearlaser 74 erzeugten Signale gesteuert werden. The expressions c and - can therefore be influenced in such a way that they reduce dragging by controlling the transmittance of the mirror 82 and the frequency and magnitude of the signals generated in the linear laser 74.
Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform enthält ein dreieckförmiges Ringlasergyroskop ähnlich den Ringlasern nach den Figuren 1 und 5. Die Hohlraumlängen-Steuerschaltung stellt den piezoelektrischen Stapel so ein, dass die Intensität des Ringlasergyroskopausganges ein Maximum wird. Die zwei entgegengesetzten Moden, die im Hohlraum längs des Pfades 22 fortschreiten, haben Frequenzen, die im wesentlichen auf die Mitte der Laserverstärkungskurve 44 der Figuren 2 und 3 abgestimmt sind. 6 shows a third embodiment of the invention. This embodiment includes a triangular ring laser gyroscope similar to the ring lasers of Figures 1 and 5. The cavity length control circuit adjusts the piezoelectric stack so that the intensity of the ring laser gyroscope output becomes a maximum. The two opposite modes that progress in the cavity along path 22 have frequencies that are substantially matched to the center of the laser gain curve 44 of FIGS. 2 and 3.
Bei der Einrichtung nach Fig. 6 wird eine Stör-Sekundärmode in den Ringlaserhohlraum eingeführt und mit der im Gegenuhrzeigersinn fortschreitenden Primärmode gekoppelt. Um die Sekundärmode zu erhalten, wird ein Teil der im Gegenuhrzeigersinn fortschreitenden Mode im Pfad 22 durch den teilübertragenden dielektrischen Spiegel 88 geführt. Diese übertragene Welle 102 gelangt dann durch einen Richtungsisolator 90. Solche Richtungsisolatoren sind in der Technik bekannt und arbeiten in einer Weise, dass sie den Polarisationswinkel der sie durchlaufenden Wanderwellen ändern. Die Mode 102 trifft auf den dielektrischen Spiegel 92, der mit einem piezoelektrischen Stapel 94 verbunden ist. Eine Wechselspannung wird mit einer ausgewählten Frequenz an dem piezoelektrischen Stapel 94 aus der Schwingschaltung 104 ausgewählt und bewirkt, dass der Spiegel 92 schwingt. Diese Schwingung ihrerseits verschiebt durch Dopplereffekt die Frequenz der Mode 102, so dass nach ihrer Ablenkung von dem dielektrischen Spiegel 98 und ihrer erneuten Einführung durch teilübertragende Spiegel 88 in den Ringlaserpfad die Frequenz der Schwingung relativ zu der Primärmode, aus welcher sie entnommen war, geändert wird. Diese durch Dopplereffekt verschobene Mode wird bei einem Wiedereintreten in den Pfad 22 mit der in Gegenuhrzeigerrichtung fortschreitenden Primärmode gekoppelt damit ein Gegen-Mit-zieh-Zittereffekt auf \|/ in der vorbeschriebenen Weise erzielt wird. In the device according to FIG. 6, an interference secondary mode is introduced into the ring laser cavity and coupled with the primary mode progressing in the counterclockwise direction. To maintain the secondary mode, a portion of the counterclockwise mode in path 22 is passed through the partially transmitting dielectric mirror 88. This transmitted wave 102 then passes through a directional isolator 90. Such directional isolators are known in the art and operate in such a way that they change the polarization angle of the traveling waves passing through them. The mode 102 meets the dielectric mirror 92, which is connected to a piezoelectric stack 94. An AC voltage is selected at a selected frequency on the piezoelectric stack 94 from the oscillation circuit 104 and causes the mirror 92 to oscillate. This oscillation in turn shifts the frequency of the mode 102 through the Doppler effect, so that after it has been deflected by the dielectric mirror 98 and reintroduced into the ring laser path by partially transmitting mirrors 88, the frequency of the oscillation is changed relative to the primary mode from which it was taken . This mode, which is shifted by the Doppler effect, is coupled when the path 22 is re-entered with the primary mode proceeding in the counterclockwise direction, so that a counter-pulling-trembling effect is achieved in the manner described above.
Die Grösse des durch Dopplereffekt verschobenen Signales 102, das wieder in den Hohlraum eingeführt wird, wird in der Differenzfrequenzgleichung durch c dargestellt. Der Ausdruck c kann durch Steuern der Grösse von 102 gesteuert wer-5 den. Möglichkeiten zur Steuerung dieser Grösse umfassen die Steuerung der Durchlässigkeit des teilübertragenden dielektrischen Spiegels 88. Der Ausdruck co in der Differenzfrequenzgleichung entspricht der Schwingungsfrequenz, die auf den piezoelektrischen Stapel 94 übertragen wird. Dieser Aus-io druck kann auf einfache Weise dadurch gesteuert werden, dass die Frequenz der in der Schaltung 104 erzeugten Schwingung verändert oder gesteuert wird. Durch Steuerung der Grösse und Frequenz der Schwingung der Mode 102 beim Wiedereintreten in den Laserhohlraum und bei Kopplung mit i5 der im Gegenuhrzeigersinn fortschreitenden Primärmode können somit die Einflüsse des Mitziehens wesentlich verringern. The size of the signal 102 shifted by the Doppler effect, which is reintroduced into the cavity, is represented by c in the difference frequency equation. Expression c can be controlled by controlling the size of 102. Options for controlling this variable include controlling the permeability of the partially transmitting dielectric mirror 88. The expression co in the differential frequency equation corresponds to the oscillation frequency that is transmitted to the piezoelectric stack 94. This expression can be controlled in a simple manner by changing or controlling the frequency of the oscillation generated in the circuit 104. By controlling the size and frequency of the oscillation of mode 102 when it re-enters the laser cavity and when coupled with i5 the primary mode progressing counterclockwise, the effects of dragging can be significantly reduced.
Ein Polarisator 96, der im Pfad der Mode 102 vorgesehen ist, gestattet auf effektive Weise, dass Strahlen eines Polarisa-20 tionssinnes durchgehen, während Strahlen mit unterschiedlicher Polarisation blockiert werden. Der Polarisator 96 wird so eingestellt, dass Strahlen hindurchgehen. Da der Richtungsisolator 90 den Polarisationssinn der Mode 102 geändert hat, haben Teile der im Uhrzeigersinn fortschreitenden 25 Primärmode, die durch den Spiegel 88 gelangen, eine unterschiedliche Polarisation, und werden durch den Polarisator 96 ausgesperrt. A polarizer 96 provided in the path of mode 102 effectively allows rays of a polarization sense to pass through while blocking rays of different polarization. The polarizer 96 is adjusted so that rays pass through it. Since the directional isolator 90 has changed the polarization sense of the mode 102, parts of the clockwise advancing 25 primary mode that pass through the mirror 88 have a different polarization and are blocked out by the polarizer 96.