DE1955911A1 - Lasergyroskop - Google Patents

Description

DR. -ING. HERBERT PATZOLD PATENTANWALT

8 MÜNCHEN 71

HINDELANOSTH. 8 TELEFON 0811/737723 TELEO-RAHM ADBESSE: PATITIA MÜNCHEN

NIPPON SELFOC COMPAMY, LIMITED 7-15, ShIb* Gochono, MIut«-Ina, Tokio, Japan

Lasergyroskep

Di· Erfindung betrifft ein Lasergyreskep oder dergleichen gjrroteehnisehe Einrichtung, in der swei Liehtstrahlen in entgegengeeetster Sichtung aufgrund de» Doppler-Effektes nit unterschiedlichen Frequonseu in Abhängigkeit von der Retationageaehwindigkeit der Einrichtung laufen.

Ein Laaergjrreakep eder dergleichen gyreteeaniaehe Einrichtung beruht auf den Deppler-Effekt reu avei τ·γ-echiedenen Laaerllehtatrahlen, die in enfgegengeaetaten Sichtungen innerhalb eine· Llehtttraaleagaage» laufen, der aieh auf einen rotierenden Träger befindet·

Ein Lasergyreakep dieser Art ist in der Zeitschrift IEEE Jeumal ef Quantun Electrode*, Januar 1··8, Seiten 11 bis 18 beschrieben·

Bei den vorgeschlagenen Lasargyreeke» wird ein Qas&ftr« perlaser verwendet, der dreieokig gebogen ist isn*i mt einen rotierenden Träger neben Befloktorea beftstiff

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DBtTTBCHE BANK AO KOMTO-NR. M/M Ml POSTSCHECK MÜNOESN

let, dl· sieh aa jedea abgebegenen Teil de« Laaergyreakops befiadea. Hierbei verdea Laaerllcat«trahlen i» «wei Dreariehteagea erhalt·». Mit elaea derartigen Lasergyreelcep 1st ·· aaaiglleli, dea Laaerlicatetrahlragaag geattgead laag aassablldea, aa «la· a»er*ioh«n- <· Eepfiadlichktit für *·» Deppler-ETfeki orr«loJi·» au keu·«. Aaleri·· 1·β··» ei «Μ ϋ· E«fl«l(t«r·« wr Bit grtfA«r«ft 8elMrl«rlgk«lt·» «μγΑμμι· Ana dl·«·· Orumd· li«i »icli da« rargaaaklagMM La««rgyr«ak*p al« M«fiia-■tr«a«at alt ·1β·γ «·λγ h«a«a MalgtwMlgkalt »iahar praktis«h sieht g«bra«cii«a.

Aufgab· A«r Crfiadaag let ·« daa«r, «la Laaargyraakep vm »•••advr« «iafacher Aaebllduag aaavgtWa, da« w«itgafcMMi «t*e«a««pfiadllea let aai ilM 1Mb· 11··*·!*- ••pfiadlichkeit aaJf*«i«t.

Dl" Aafga»· wir« ^rfiaAiAgagMKt dadmp^i g«lönt₄ daft d*r Laa«r an· eia·· aktiv·« K»*v*rg«aaliehUeit«r an· traaepÄ'!'?"-': , faaarartigimQla·· *d«r Knast «t«f Material «&.% laa^raktiT·» St»ff«& 1i«at«iit« d««e*a Br«oaeaaaesiadex *!atlaag a«is«r Laagiaeh«· am griflt·» tat oad fib«r atia·· Qv«r«ehaltt voa d«r Aoa«· «er Oberflä- «A· »in la w«««atllch«a alt d«a Qwadrat d·« radial·« Abetaad·· τ·β der Ach·· abaiamt.

T«rt«ilaaite Aiiafilunug·« aaea der Btffiadaag Uaaea

dea Merkaal«B der üateraaaprttcli· •ntal—i» werden,

Oaaaeh beoteat eiae bererxagte Aasfüar»»c«fera aaeh der Irfladaag aaa eiaea dtaaea, faeerartisea» traaapareatea Lloatleitköper alt »peaifi»eliea Uelitleit> elgea«eaafteB. Der KJrper let «pvlea» ed«r sskraiiaea* liaiaafiraig ma «laea ajrliadrieeaea Tragkery^i* g·- waaden« Der faserartige, traaafareate LleAtl«itk9rp«r

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BAD ORIGINAL

weist einen Brechungsindex auf, der entlang seiner Achse aa gruSten ist und alt de« Qaadrat des radialen Ab-Standes von der Achse sur Oberfläche hin abniest· (Ein derartiger Lichtleiter wird hier als Kenvergenslichtlelter beseiohnet·) Innerhalb des Konrergenslichtlelters sind laseraktive Steffe gleichaäfilg verteilt. Hierdurch entstehen Lasersehwingungen, wenn der Konvergensllchtleiter von Strahlen bestrahlt wird, die von einer Erregerlichtquelle aasgehen, welche sich ia Innern des Tragkörpera befindet· Uai in dee aktiven Kenvergensllchtlelter einander entgegenlaufende Lichtstrahlen su erhalten, ist ein sealtransparenter Spiegel gegenüber den beiden Enden des aktiven Konvergenslichtleiters angeordnet. Diese Enden liegen in derselben Einfallsebene der austretenden Strahlen und weisen den gleichen Winkel sua seaitranspareatcn Spiegel auf· Dmr aktive Kenvergenslichtleiter ist von eine« syliadrisehen Reflektor umgeben, der die optische Erregerenergie auf den Konvergenslichtleiter konsentrlert. Hinter den sealtransparenten Spiegel befindet sich eine Vorrichtung sur Bestlnaung der von der Rotation des Tragkorpers abhängigen Prequensdifferens der einander entgegengosetst in dost Konvergonslichtlelter laufenden Laserllchtkoaponenten.

Ein aktiver Koavergensiichtleiter, der laaeraktive Materialien in seines) Trägermaterial, s.B. Glas enthält, 1st in der nicht ververeffentliehteu deutschen Patentanmeldung P 19 34 141.4 vorgesehlagen worden. Mit elnesi derartigen Glaskörper lassen sieh eaergiereiche Laserschwingungen erhalten. In einen solchen Laser läuft der Laserstrahl ohne Dlvergens, indes er ua die Laseraehae schwingt· Die Laserlichtstrahlenübertragung wird daher auch dann nicht verändert, wenn

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dor Laser gebogen verläuft. Dabei tritt der Laserstrahl aus der Ausgaag***dflächc des aktiven Lichtleiter« heran··

Bs versteht sieh «as des Vorgesagten, daß ein derartlder laseraktlrer Lichtleiter KenvergeMteigeneehaften hat· Es 1st daher ehne weiteres ao* glich, einen gewunden eder gebogen ansgebildeten Kenrergenslichtleiter in einer genügenden Lange aussubllden. Hierdurch läßt sich eine sehr hebe Empfindlichkeit der erflndungsgcBäBen MeBelnrichtoig erreichen. Aufgrund der Llehtleiteigensehaften des aktiven Kearergensliehtleiters weisen die erseugten Laserllohtstrahlen in dem Laser definierte optische Wege auf, wodurch die Reflektoren und andere optische Einrichtungen unnötig worden. Auch läßt sieh die erflndnngsgonlne Einrichtung leicht einstellen. Daher stellt die Erfindung eine laeorgyretechnisch· Einrichtung ren besonders einfache· Aufbau dar, die sich leicht einstellen hsw. einregulieren oder in einer sonst gewünschten Weise verstellen läßt.

In der Zeichnung 1st lediglich ein AusfUhrungsbelspiel nach der Erfindung oehesiatisch dargestellt. Bekannte nechanisoho Einrichtungen« die mrnrn Verständnis der Erfindung nicht erforderlich sind, sind der Einfachheit halber nicht dargestellt·

Ein Laser 1, nach Art eines aktiven Kenvergeaslichtleiter· 1st um einen rotierenden, transparenten Träger in syliudriseher Fern heruBgelogt, der hier nicht dargestellt 1st. Vertellhafterwelae ist der Laser 1 •ehraubenllnienfttmig gewunden, so daß eine gleiehafteige Bestrahlung durch oino Erregerlichtquelle 2 Möglich 1st, die innerhalb des gewundenen Lasers 1 angeordnet ist, wobei die Ach·· der Erregerlichtquelle 2

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Ib wesentlichen la dor Ache· de· schraubenförmig gewundenen Lasers t liegt. Außerhalb de· Lasers 1 befindet •loh »in zylindrischer Reflektor 3, dessen Ache« lsi wesentlichen alt der Achse des Lasers 1 susammenfällt. EIa seaitransparenter Spiegel 4 befindet sich gegeafiber beiden Enden des Lasers I₉ die gegenüber dea spesifischen Einfallspunkt auf dea semitransparenten Spiegel 4 den gleichen Einfallswinkel la derselbea Slafallsebea· aufweisen. Durch Reflexionsspiegel S und S¹ werden dl· swei Laserlichtstrahlenanteile, dl· durch dea seaitransparentea Spiegel 4 hindurchgetreten sind, auf dl· geaeiaeaae optische Einrichtung (Detektor β) reflektiert·

Das *rfinduagsgeaäfie Lasergyroskop ist al· Qanses auf eiaea rotierenden Tragkörper befestigt, der nicht dargestellt 1st und der na die Ach·· des hier schraubenförmig gewundenen Lasers 1 rotiert, wobei dl· Rotationsachse des Tragkörper· in Kolasideas alt der Lsserachse gehalten wird. Die Bestrahlung des Laser· 1 duuren Erregerlichtstrahlen, dl· rom der Krregerlichtquelle 2 ausgestrahlt werden, bewirkt, das Laserlichtstrahlen sowohl la Uhmeigersiaa als auch la eatgefengesetstea Uhraeigerslnn innerhalb d·· Laser· 1 entlanglaufen· Yoa beiden Endflächen de· Laser· 1 trete» aaaa Leeerlichtstrahlen la Richtung auf dea seaitransparsmtem Spiegel 4 au·· Laserlichtstrahlen, dl« ans der einen Endflach* des Lasers 1 austreten, werden Teilweise rom dee seal* transparentem Spiegel 4 auf dl« andere Baiflache des Lasers 1 reflektiert. Der reflektiert« Laserlichtstrahl läuft durch dea Laser 1 und tritt erneut au· der ersteren Endfläche des Lasers 1 au·· Al· Ergebnis laufen sw«i Laserlichtstrahlen sowohl la Uhrseigersinn als auch la entgegemgesetstem thrseigersinn durch dem Laser 1 · Auf der ander«** 8eite werden dl· Laserlichtstr*üalen Bl «ad 12 , dl· durch dea seaitranspareatem Hplegel 4

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hindurchgotroten sind, uittels der Reflexionsspiegel S UBd 3¹ auf den Detektor · geleitet·

Da dtr Laser 1 aueaaaea Bit das Bioht dargaatalltaB Rotationskörper rotiert, wird aufgrund daa Doppler-Effektaa ein· Prequenadlttaraas swisehen dan ie Uhrseifersinn UBd dan is entgegengceetstea Uhrseigersinn laufenden Laserlichtstrahlen innerhalb daa Lasers 1 erzeugt. Bai Besti—um dar Frequensdlffereas durah dea Dataktor β 1st aa BJOgIiOh₁ dia Zahl dar Uadrehungen daa Rotationskörpers au Bässen.

Wie rerstehend beschrieben, ist daa erfindungsgeaäBe Lasergyroskep begrüadet auf dar Flexibilität und dar spesifischen Llchtübertragungseigeaschaften daa aktives Konrergensllehtleiters. Aufgrund dieser rerteilhaften Eigeasehaftea dt» aktiven Lichtleiters ließ eich dar Laaer 1 genügend lang auabilden« Nach dar Lehre dar Erfindung UBt sieh dahar eine heck empfindliche leicht einsteAIJt* ν iaaarftTrataehBiaeha Einrichtung sohaffeh.

Ib dass Bihar besehriebe&ca Ausfuhrungsbeispiel Bach dar ErfiBdaag aiad dia Erragarlichtqaalla BBd dar syllndriaaha Reflektor ibt Lichtkensentrierung kensentrisch suelnander angeeranet, ua den Laaer 1 wlrksaa su bestrahlen. Ea bedarf keiner näheren AasfUhmngen, daß dia Erfindung nicht wmt eine derartige Anordnung beschränkt ist. 8a läßt sich jede anaera Anordaong aar wlrkssaen Bestrahlung daa gewunden aaageführten Lasers über aim* gesaate Länge verwenden*

Außerdem iat dia Krflnaung nicht auf eine bestirnte Terrichtuag sur Best! saw ag dar Frequensdifferena dar aufgegebenen Strahlenaateile Rl und R2 beschrankt, dia terah den semitranaparenten Spiegel 4 hinAirchgetreten

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•lad. Di·«· Vorrichtung baw· Einrichtung k«aa dureh Jede ander· ersetst werden, alt der dl· Prequensdlfferens bestinabar ist.

Ea bedarf weiter keiner besonderen Ausführungen, dafi der Leser statt ent eine· glasfaserartigen, aktiv·» Lichtleiter auch ans eine· transparenten, synthetischen Konststeff bestehea kann, dar aktiv· LasermateriaXiea enthält.

Patentansprüche

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Claims (6)

1. Patentanspruch·

   ( 1.JLascrgyroskop »der dergleichen gjrrotechnisehe Ein- ^ richtungen der swei Lichtstrahlen in entgegengesetzter Richtung aufgrund des Doppler-Effektcs «it unterschiedlichen Frequensen in Abhängigkeit von der Rotatioasgeschwindigkeit der Einrichtung laufen, dadurch gekenaaeichnet, daß der Laser (1) au· eine« aktiven Keavergeniliehtleiter ans transparentea, faserartige« Glas- oder Kunststoffaaterial alt laseraktivea Stoffen besteht, dessen Brechungsindex entlang seiner Längsachse an grttfitea ist und über seinem Querschnitt von der Achse sur Oberfläche hin in wesentlichen alt de« Quadrat des radialen Abstandes von der Achse abniaat.
2. 2. Laaergyreskep nach Anspruch 1, dadurch gekenaseichnet , daft der ua eine Rotationsachse rotierende Laser swieehen seinen benachbart liegenden Endflächen ein- oder Mehrfach gebogen oder gewunden 1st·
3. 3· Laeergyroskop nach Anspruch 2, dadurch gekeanseiohnet , dafi der Laser schraubenlinienftfraig ua eine sentrale Rotationsachse gewunden ist und wenigstens eine Windung enthält.
4. 4. Lasergjrroskep nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekeanseichaet _t daft ein seal transparenter Spiegel (4) derart gegenüber den Endflächen des Lasers (1) angeordnet ist, daß die aus der einen Endfläche austretenden Laserlichtstrahlen teilweise auf die andere Endfläche reflektiert werden und umgekehrt, und daß die von den Endflächen austretenden.)

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   teilweiae durch den eealtranaparenten Spiegel hindurchtretenden Laaerlichtatrahlen (Rl, SS) ·1β· Vor« richtung (β) sur Beatiaaung dor Frequensdifferen* der Laaerlichtstrahlen reflektiert werdea.
5. 5· Laaergyroakoi Bach Anapruch 5_t dadurch f e kenBBelchaet , dafl die Endflächea des Laaera (1) uad der aealtranaparente Spiegel (4) derart angeordnet aind, daß die vob den Endflächen auatretenden, aich In einea Punkt auf dee Spiegel treffenden, aymetriach but Einfallanoraalen verlaufenden Strahles gleiche Einfallewinkel bilden.
6. 6. Laaergyroakop nach einea oder aehreren der Anaprüche 1 bis S, dadurch gekennseichnet daß ein in Rotation rereetsbarer, sylindriacher Bohrkörper aus traneparentea Material dea achraubenlinienföraig gewundenen Laser (1) tragt« wobei «ich in Inneren de« Kohrkörpera koaxial alt die··« eine längliche Erregerlichtquelle (2) befindet «ad außerhalb des Rohrkörpera ein koaxial «it dieaea angeordneter Seflexionaayliader (3) aageerdnet iat.

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