CN115574800B - 一种具有拟合式光阑的激光陀螺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种具有拟合式光阑的激光陀螺，属于激光陀螺技术领域，所述激光陀螺包括多段细长内孔，在装配所述激光陀螺时，将所述细长内孔沿直径方向横向错位，错位方向为沿着椭圆的短轴或长轴方向，选择预定的错位量，以组合成类椭圆拟合式光阑，所述拟合式光阑用于抑制基模以上的高次模的激光振荡。采用本发明的方法，可以大幅度降低腔体机械加工难度，并提高效率。本发明不改变激光陀螺的外形尺寸，与现有激光陀螺的兼容性好；本发明的拟合式光阑具有更好的稳定基模效果。
Description
技术领域
本发明属于激光陀螺技术领域，尤其涉及一种具有拟合式光阑的激光陀螺。
背景技术
激光陀螺是一种高精度、高可靠、长寿命的惯性仪表，广泛用于运载火箭、卫星飞船、导弹武器、航空飞机、潜艇舰船等领域。如图1所示，为现有技术中的激光陀螺结构图。激光陀螺主要部件为零膨胀微晶玻璃制成的谐振腔，整块微晶玻璃内部加工有高精度的细长内孔2。细长内孔22中包含光阑4。通常这些孔系的直径0.5~15mm之间，长度5~200mm之间。
然而为了确保激光陀螺性能，要求激光陀螺的激光工作模式为基模，因此必须在激光陀螺的谐振腔中设置选模装置，使得激光工作在TEM00模式。如果没有选模装置，谐振腔中会出现TEM10模式 和TEM01模式，导致输出零偏误差增大。激光各工作模式如图2所示，其中，图2（A）是TEM00模式，图2（B）是TEM01模式，图2（C）是TEM10模式。
由于激光陀螺为象散腔，内部运行的基模光斑为高斯分布的椭圆，如图3所示，基模光斑椭圆在光路平面方向为短轴H，在垂直光路的方向上为长轴L。因此要求选模装置也为与之匹配的椭圆，这样激光光斑体积更大的TEM10 和TEM01一阶横模乃至更高阶的横模都会由于损耗过大而被抑制。
现有的设计成熟的陀螺椭圆光阑如图4和图5所示，在微晶玻璃内部的细长孔中间设置一段如图4所示的细短椭圆孔5作为光阑，如图5所示，细短椭圆孔5在光路平面方向为椭圆短轴，在垂直光路的方向上为椭圆长轴。这种结构的加工必须依靠CNC加工中心进行精密铣磨，这种方法效率较低，往往耗时数个小时以上。
现有的专利和文献仅仅提到用两段细管错位拟合类椭圆光阑的做法，虽然降低了难度，但仍然需要复杂和精准的机械加工。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明第一方面提出了一种具有拟合式光阑的激光陀螺，所述激光陀螺包括多段细长内孔，所述激光陀螺的所述细长内孔中间位置有一个沿直径方向的横向错位，错位方向为沿着椭圆的短轴或长轴方向错位预定的尺寸，以构成类椭圆形状的拟合式光阑，所述拟合式光阑用于抑制基模以上的高次模激光振荡。
如本发明的第一方面的激光陀螺，所述激光陀螺包括三段或四段细长内孔，所述沿直径方向横向错位具体包括：在一段细长内孔中间部位的设置内孔横向错位，或者在多段所述细长内孔的中间部位均设置内孔横向错位。
如本发明的第一方面的激光陀螺，所述横向错位包括：在所述细长内孔中间设置一段直径小于所述激光陀螺细长内孔直径的细短圆孔，将所述细短圆孔分成二段，并将该二段沿直径方向横向错位。
如本发明的第一方面的激光陀螺，所述横向错位包括：在所述激光陀螺的一段细长内孔的电极通孔位置设置所述细短圆孔，以所述电极通孔将所述细短圆孔分成二段，并将所述细短圆孔沿直径方向横向错位。
如本发明的第一方面的激光陀螺，所述激光陀螺的细长内孔直径为：2.5～4mm，总长度为：20-100mm；所述拟合式光阑的细短圆孔直径为：1.2～2mm，两段所述细短圆孔的圆心错位量为：0.1～0.4mm。
如本发明的第一方面的激光陀螺，所述横向错位包括：在所述激光陀螺的四段细长内孔的中间均设置一段直径小于所述激光陀螺细长内孔直径的细短圆孔，将所述细短圆孔在所述四段细长内孔中分别横向错位，每个细短圆孔的错位量相等而错位方向不同或者错位方向相同。
如本发明的第一方面的激光陀螺，所述横向错位包括：在所述激光陀螺的左右或者上下相对称的二段细长内孔的中间位置设置一段直径小于所述激光陀螺细长内孔直径的细短圆孔，将所述细短圆孔沿直径方向横向错位，其中左右或者上下相对称的细短圆孔的错位量相等，且错位方向相同。
如本发明的第一方面的激光陀螺，所述横向错位包括：在所述激光陀螺的一组相邻细长内孔的所述细短圆孔的横向错位方向是相同的，且与另一组相邻细长内孔的所述细短圆孔的横向错位方向相互垂直。
如本发明的第一方面的激光陀螺，所述激光陀螺标准细长内孔直径为：2.5～4mm，总长度为：20-100mm；所述拟合式光阑的细短圆孔直径为：1.2～2mm，所述细短圆孔沿长轴或短轴方向的圆心错位量为：0.1～0.4mm。
如本发明的第一方面的激光陀螺，激光振荡所述高次模的被限定为：TEM01、TEM10模以及更高次模的激光振荡模式。
采用本发明的技术方案，可以大幅度降低腔体机械加工难度，并提高效率。本发明不会显著改变激光陀螺外形尺寸，与现有设计兼容性好；本发明的拟合式光阑具有更好的匹配效果。
附图说明
图1是现有技术的激光陀螺示意图；
图2是现有技术中各种激光振荡模式的光斑示意图；
图3是现有技术的基模椭圆光斑；
图4是现有技术的光阑原理图；
图5是现有技术的光阑剖面图；
图6是本发明的两段拟合式光阑原理图；
图7是本发明的四段拟合光阑原理图。
其中，1.激光陀螺，2.细长内孔，2a1.第一段细长内孔左段，2a2.第一段细长内孔右段，2b.拟合式光阑，2c1.第二段细长内孔上段，2c2.第二段细长内孔下段，3.电极通孔，4.光阑，5.细短椭圆孔。
具体实施方式
本发明设计一种激光陀螺的拟合式光阑，适用于各类高性能激光陀螺的设计。
本发明提供的方案克服了现有技术中光阑4加工复杂、精度要求高的缺点，提供一种通过多段细短圆孔光学错位的拟合式光阑，从而简化加工并达到更好的匹配效果。
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。
本发明第一方面提出了一种具有拟合式光阑的激光陀螺，所述激光陀螺1包括多段细长内孔2，所述激光陀螺1的所述细长内孔2中间位置有一个沿直径方向的横向错位，错位方向为沿着椭圆的短轴或长轴方向错位预定的尺寸，以构成类椭圆形状的拟合式光阑，所述拟合式光阑用于抑制基模以上的高次模激光振荡。
所述类椭圆形状的拟合式光阑如图6所示，将其中一条细长内孔2分成第一段细长内孔左段2a1和第一段细长内孔右段2a2，第一段细长内孔左段2a1和第一段细长内孔右段2a2分别向左侧或右侧横向错位一个预定尺寸，两段细长内孔的重合区为中间的斜线区。比较附图3的描述可以看到，斜线区刚好和基模椭圆光斑形状匹配，斜线区就形成一个拟合式光阑2b，两段细长内孔横向错位拼合成一个椭圆形状，在垂直光路的方向上为长轴L, 在光路平面方向为短轴H，以与基模椭圆光斑形状匹配。
如本发明的第一方面的激光陀螺，所述激光陀螺1包括三段或四段细长内孔2，所述细长内孔2沿直径方向横向错位具体包括：在一段细长内孔中间部位的设置细长内孔2横向错位，或者在不同段所述细长内孔2的中间部位均设置横向错位。
如本发明的第一方面的激光陀螺，所述横向错位包括：在所述细长内孔2中间设置一段直径小于所述细长内孔2直径的细短圆孔，将所述细短圆孔分成二段，并将该二段沿直径方向横向错位。
将二段细短圆形孔错位，错位方向为椭圆短轴方向，只要选择适合的细短圆孔直径和错位量，即可恰好抑制TEM01和TEM10模振荡。
如本发明的第一方面的激光陀螺，所述横向错位包括：在所述激光陀螺1的一段细长内孔2的电极通孔3位置设置所述细短圆孔，以所述电极通孔3将所述细短圆孔分成二段，并将所述细短圆孔沿直径方向横向错位。
如本发明的第一方面的激光陀螺，所述激光陀螺1的细长内孔2直径为：2.5～4mm，总长度为：20-100mm；所述拟合式光阑的细短圆孔直径为：1.2～2mm，二段所述细短圆孔的圆心错位量为：0.1～0.4mm。
如本发明的第一方面的激光陀螺，所述横向错位包括：在所述激光陀螺1的四段细长内孔2的中间均设置一段直径小于所述激光陀螺1细长内孔2直径的细短圆孔，将所述细短圆孔在所述四段细长内孔2中分别横向错位，每个细短圆孔的错位量相等而错位方向不同或者错位方向相同。
如本发明的第一方面的激光陀螺，所述横向错位包括：在所述激光陀螺1的左右或者上下相对称的二段细长内孔2的中间位置设置一段直径小于所述细长内孔2直径的细短圆孔，将所述细短圆孔沿直径方向横向错位，其中左右或者上下相对称的细短圆孔的错位量相等，且错位方向相同。
如本发明的第一方面的激光陀螺，所述横向错位包括：在所述激光陀螺1的一组相邻细长内孔2的所述细短圆孔的横向错位方向是相同的，且与另一组相邻细长内孔2的所述细短圆孔的横向错位方向相互垂直。
如本发明的第一方面的激光陀螺，所述激光陀螺1细长内孔2直径为：2.5～4mm，总长度为：20-100mm；所述拟合式光阑的细短圆孔直径为：1.2～2mm，所述细短圆孔沿长轴或短轴方向的圆心错位量为：0.1～0.4mm。
如本发明的第一方面的激光陀螺，激光振荡所述高次模的被限定为：TEM01、TEM10模以及更高次模的激光振荡模式。
如图7所示，为本发明的四段拟合式光阑腔体原理图，在光路平面内，将两个阳极所在侧的两条细长内孔2同时向内或向外错开，每条边的错开量相等，从而约束了将光束短轴方向，增大了高次模的损耗，抑制其振荡。将阴极所在侧的细长内孔2向上或向下错开，相对侧的光路管向下或向上错开，每条边的错开量相等，从而约束了将光束长轴方向，增大了TEM10模的损耗，抑制其振荡。
如图7所示，本发明的四段拟合式光阑可以分为阳极所在侧的细长内孔2被分为向左内或向右错开的第一段细长内孔左段2a1，第一段细长内孔右段2a2，第一段细长内孔左段2a1和第一段细长内孔右段2a2分别向左侧或右侧横向错位一个预定尺寸，两段细长内孔的重合区是一个椭圆。阴极所在侧的细长内孔2分为向上或向下错开的第二段细长内孔上段2c1及第二段细长内孔下段2c2，两段细长内孔的重合区构成另一个椭圆。两个椭圆再度拼合成一个直径远小于细长内孔2的直径的圆孔，该圆孔形成类似于上述细短圆孔的拟合式光阑。这种类似于细短圆孔的拟合式光阑，匹配于图2（A）中的基模光斑。
这种横向错位是在各段细短内孔的错位时，在不同段细长内孔2中分别提供在垂直光路的方向上的错位或在光路平面方向的错位，以构成垂直方向的类椭圆形状和光路平面方向的类椭圆形状，来限制高次模式产生。
最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。本发明设计一种激光陀螺的拟合式光阑，适用于各类高性能激光陀螺的设计。
Claims (5)
1.一种具有拟合式光阑的激光陀螺，所述激光陀螺包括多段细长内孔，其特征在于，所述激光陀螺的所述细长内孔中间位置有一个沿直径方向的横向错位，错位方向为沿着椭圆的短轴或长轴方向错位预定的尺寸，以构成类椭圆形状的拟合式光阑，所述拟合式光阑用于抑制基模以上的高次模激光振荡；
所述激光陀螺包括三段或四段细长内孔，所述沿直径方向横向错位具体包括：在一段细长内孔中间部位的设置内孔横向错位，或者在多段所述细长内孔的中间部位均设置内孔横向错位；
或者，所述横向错位包括，在所述细长内孔中间位置设置一段直径小于所述细长内孔直径的细短圆孔，将所述细短圆孔分成二段，并将该二段沿直径方向横向错位；
或者，所述横向错位包括：在所述激光陀螺的一段细长内孔的电极通孔位置设置所述细短圆孔，以所述电极通孔将所述细短圆孔分成二段，并将所述细短圆孔沿直径方向横向错位；
或者，所述横向错位包括：在所述激光陀螺的四段细长内孔的中间均设置一段直径小于所述激光陀螺细长内孔直径的细短圆孔，将所述细短圆孔在所述四段细长内孔中分别横向错位，每个细短圆孔的错位量相等而错位方向不同或者错位方向相同；
或者，所述横向错位包括：在所述激光陀螺的左右或者上下相对称的二段细长内孔的中间位置设置一段直径小于所述激光陀螺细长内孔直径的细短圆孔，将所述细短圆孔沿直径方向横向错位，其中左右或者上下相对称的细短圆孔的错位量相等，且错位方向相同。
2.如权利要求1所述的激光陀螺，其特征在于，所述激光陀螺的细长内孔直径为：2.5～4mm，总长度为：20-100mm；所述拟合式光阑的细短圆孔直径为：1.2～2mm，二段所述细短圆孔的圆心错位量为：0.1～0.4mm。
3.如权利要求1所述的激光陀螺，其特征在于，所述横向错位包括：在所述激光陀螺的一组相邻细长内孔的所述细短圆孔的横向错位方向是相同的，且与另一组相邻细长内孔的所述细短圆孔的横向错位方向相互垂直。
4.如权利要求3中任一项所述的激光陀螺，其特征在于，所述激光陀螺标准细长内孔直径为：2.5～4mm，总长度为：20-100mm；所述拟合式光阑的细短圆孔直径为：1.2～2mm，所述细短圆孔沿长轴或短轴方向的圆心错位量为：0.1～0.4mm。
5.如权利要求1所述的激光陀螺，其特征在于，激光振荡所述高次模的被限定为：TEM01、TEM10模以及更高次模的激光振荡模式。
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