DE2700045A1

DE2700045A1 - Ringresonator fuer elektromagnetische wellen

Info

Publication number: DE2700045A1
Application number: DE19772700045
Authority: DE
Inventors: Terry Anthony Dorschner; Jun Irl Wilson Smith; Hermann Statz
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1976-01-02
Filing date: 1977-01-03
Publication date: 1977-07-14
Also published as: JPS596518B2; IT1077505B; DE2700045C2; FR2337447B1; GB1535444A; JPS5285497A; FR2337447A1; CA1077602A; NL7614434A

Description

·.·/»:;-- π:. rc γοομ κΟι jch£N 2

j München, den 27· Dezember 1976

Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. I56

Raytheon Company, lkl Spring Street, Lexington, Nass· 02173 Vereinigte Staaten von Amerika

Ringresonator für elektromagnetische Wellen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Resonator für elektromagnetische Wellen und im ein zelnen auf einen Ringresonator für elektromagnetische Wollen, welcher in einem Laser-Gyroskop oder einem Laserkreisel verwendet werden kann.

In der US-Patentschrift 3 7'il 657 ist ein Laser-Gyroskop be- ₍ schrieben, bei welchem in einem Laser-Ringresonator vier opti- ^: sehe Wellen anregbar sind, welche jeweils unterschiedliche Fre- ι quenz aufweisen, derart, daß ein Paar von Wellen im Uhrzeiger- '· sinn und das andere Paar von Wellen im Gegenuhrzeigersinn in I dem Ringresonator umlaufen. Die optischen Weglängen für din Wellen sind «o gewählt, daß die Frequenzen des Wellenpaares, welches in der einen Richtung, beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn, umläuft, zwischen den Frequenzen desjenigen Wellenpnnres gelegen sind, welches im entgegengesetzten Richtungssinn, also beispielsweise im Uhrzeigersinn umläuft.

Durch diese Beziehung der Frequenzen wird erreicht, daß bei einer Bewegung des Laser-Ringresonators, beispielsweise bei einer Drehung des Systems um eine zu der Ebene des optischen Weges

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senkrechte Achse, Frequenzverschiebungen des einen, in der einen Richtung durch den Laser sich ausbreitenden Wellenpaares auftreten, welche entgegengesetzt zu den Frequenzverschiebungen sind, welche die Wellen erleiden, die in der entgegengesetzten Ri chtung den Laser durchlaufen. Dies führt zu Änderungen des Fr«· quenzabstandes zwischen den jeweils unteren Frequenzen je eines Wellenpaares, welche entgegengesetzt _zu der Änderung des Frequenzabstandes zwischen den jeweils oberen Frequenzen je eines Wellenpaares sind* Die Differenz zwischen diesen Änderungen ist im wesentlichen eine lineare Funktion der Drehgeschwindigkeit und die relative Richtung oder Polarität der Differenz zeigt die Drehrichtung an.

Wie der US-Patentschrift 3 7^1 657 zu entnehmen ist, erhält man j den Abstand der Frequenzen bei bekannten Einrichtungen dadurch ! daß in dem Ausbreitungsweg für die Wellen eine Einrichtung mit I

Polarisationsdispersionsverhalten vorgesehen ist, welche einen |

Festkörper-Faraday-Rotator und einen Kristall*Rotator enthält. j Der Kristall-Rotator hat die Gestalt eines anisotropen Mediums. ' welches die Art der Polarisation der in dem Ringlaser angeregten j Wellen im wesentlichen auf die zirkuläre Polarisation beschränkt ! und außerdem eine jeweils unterschiedliche optische Weglänge für j die gemäß der Regel der rechten Hand zirkulär polarisierten WeI- j len beziehungsweise für die gemäß der Regel der linken Hand zirkular polarisierten Wellen bietet. Der Festkörper-Faraday-Rotator ist ein nicht reziprok wirksames Bauteil und prägt den Wellen jedes Polarisationssinnes, welche den Ringlaser in der einen Richtung und welche den Ringlaser in der entgegengesetzten Rich·· tung durchlaufen, jeweils eine unterschiedliche Verzögerungszeit auf· Die Kombination des Kristall-Rotators und des Festkörper-Faraday-Rotators führt zu dem oben erwähnten System von vier Frequenzen.

Ringresonatoren mil »irrer ein Polarisationsdispersionsverhnlten zeigenden Baueinheit arbeiten zwar in vielen Fällen zufrieden stellend, doch bedingt die Verwendung eines Kristall-Rotators und eines Festkbrper-Faraday-Rotators eine Erhöhung der Verluste

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und der Streuung an den sich im Ringresonator ausbreitenden Wel« len und führt eine lineare Doppelbrechung im Ringresonator ein, wodurch die Genauigkeit eines mit derartiger Einrichtung ausgerüsteten Laser-Gyroskops oder Laserkreisels leidet.

Aufgabe der Erfindung ist demgemäß eine solche Ausgestaltung eines Ringresonators für elektromagnetische Wellen, daß die Genauigkeit eines mit einem solchen Ringresonators ausgerüsteten Gyroskope erhöht wird und Verluste vermindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Ringresonator eine Baueinheit zur räumlichen Drehung der elektromagnetischen Feldverteilung der im Ringresonator in Resonanz vorhandenen elektromagnetischen Wellen um die Wellenausbreitungsrichtung herum und eine das Verstärkermedium enthaltende Einrichtung vorgesehen sind, welche für die elektromagnetischen Wellen gleichen Polarisationssinnes, welche das Verstärkermedium in jeweils unterschiedlicher Richtung durchlaufen, einen jeweils unterschiedlichen Brechungsindex bietet.

Die genannte Baueinheit zur räumlichen Drehung der elektromagnetischen Feldverteilung führt eine Phasendifferenz zwischen den Wellen entgegengesetzten Polarisationssinnes ein und ermöglicht in Zusammenwirkung mit der richtungsabhängig einen unterschiedlichen Brechungsindex bietenden Einrichtung die Anregeung der Wellen in vier unterschiedlichen Resonanzfrequenzen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält ein Lnser-Ringresonator eine Anzahl von Reflektoren, welche im Strahlengang eines Lasers angeordnet sind und eine räumliche Drehung der elektromagnetischen Feldverteilung der im Ringresonator in Resonanz vorhandenen elektromagnetischen Wellen bewirken, dnß eine vorbestimmte Phasenänderung diesen in Resonaz angeregten Wellen aufgeprägt wird. Diese Phasenänderung bedingt eine entsprechende Änderung der Resonanzfrequenz jeder der Wellen im Ringresonator, ohne daß in dem optischen Weg des Systems zur Änderung der optischen Weglänge des Lasers ein anisotroper Kristall-Rotator vor-

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gesehen sein müsste. Da der Richtungssinn der Phasenänderungen für jeweils entgegengesetzten Richtungssinn der zirkulären Polarisation entgegengesetzt ist, ermöglicht die beschriebene Anordnung die Anregung von Wellen entgegengesetzten Polarisationssinnes bei jeweils verschiedenen Frequenzen zur Resonanz. Die Reflektoren sind vorzugsweise so orientiert, daß sich ein ** Radiant-Phasenunterschied zwischen den entsprechend der Regel der rechten Hand und den entsprechend der Regel der linken Hand zirkulär polarisierten Wellen ergibt. Durch die Ausnützung des Zeeman-Effektes in dem Verstärkermedium werden weiter die Verluste und die Streuung in dem Ringresonator vermindert, in dem ein Festkörper-Faraday-Rotator vermieden wird und es werden in zweckmäßiger Weise mit gutem Wirkungsgrad unterschiedliche optische Weglängen für Wellen gleichen Polarisationssinnes bereitgestellt, welche durch das Verstärkermedium in jeweils unterschiedlicher Richtung sich ausbreiten, da der magnetische Feldvektor dieser Wellen mit den präzessierenden atomaren magnetischen Dipolen des Verstärkermediums bei der Emissionsfrequenz des Verstärkermediums in Wechselwirkung treten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der anliegenden Ansprüche, auf welche hier zur Vereinfachung und Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich hingewie sen wird. Nachfolgend werden bevorzugte Aueführungsformen unter Bezugnahme der anliegenden Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Ringresonators, Fig. 2A Skizzen zur Erläuterung der Wirkungsweise des

. hier vorgeschlagenen Ringresonators, Fig. 3A Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise ¹⁸ ·* des Systems nach Figur 1 und

Figur k eine schematische Abbildung einer anderen Aueführungsform eines Ringresonators·

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Figur 1 zeigt ein Laser-Gyroskop 9 mit einem Laser-Verstärkermedium 10. Im vorliegenden Falle handelt sich um einen Helium-Neon* Laser mit folgender Gasmischung:

3 22 20

8 He + 0.48 Ne + 0.52 Ne.

Der Laser-Ringresonator enthält eine gerade Anzahl von Reflektoren. In Figur 1 sind sechs Reflektoren 12, l4, 16, 18, 20 und 22 dargestellt, welche in geeigneter Weise durch in Figur 1 nicht gezeigte Konstruktionsteile an der Oberfläche einer Plattform 23 befestigt sind und einen ringförmigen Weg für den Laserstrahl bilden. Es sei hier darauf hingewiesen, daß, wie im Zusammenhang mit Figur 4 erläutert wird, ein ringförmiger Weg auch mit nur vier in geeigneter Weise orientierten Reflektoren gebildet werden kann. Zunächst sei jedoch ein System mit sechs Reflektoren be- ■ trachtet, um die grundsätzliche Wirkungsweise des Laser-Gyroskops zu diskutieren. Dabei sei der dem Ende 24 des Laser-Verstärkungen mediums 10 austretende Laserstrahl näher betrachtet. Dieser Laserstrahl breitet sich in der +Z-Richtung (d.h. in Richtung der ι Längsachse des Laser-Verstärkungsmediums 10) durch ein isotropes Medium hindurch aus, welches vorzugsweise im wesentlichen von dem freien Raum gebildet wird und erfährt eine erste Reflektion an dem Reflektor 12. Die reflektierende Oberfläche des Reflek- · tors 12 ist so ausgerichtet, daß der Laserstrahl in VertikalrichJ tung über einen Abstand d. längs der +Y-Richtung zu dem Reflektor 14 hingelenkt wird. Der Reflektor 14 nimmt mit seiner reflektierenden Oberfläche eine solche Lage ein, daß der auf ihn treffende Laserstrahl von dem Reflektor l4 aus in Horizontalrichtung über einen Abstandd längs der -X-Richtung zu dem Reflektor 16 hin abgelenkt wird. Letzterer wiederum nimmt mit seiner reflektierenden Oberfläche eine solche Lage ein, daß der auftreffende Laserstrahl von dem Reflektor 16 aus vertikal über einen Abstand d. längs der -Y-Richtung zu dem Reflektor 18 hin gelenkt wird.

Die reflektierende Oberfläche des Reflektors l8 ist so orientiert,

daß der auf diese Fläche treffende Laserstrahl in Horizontalrichtung reflektiert wird und über einen Abstand d~ hinweg längs der -X-Richtung zu dem Reflektor 20 gelangt. Es sei bemerkt, daß der von dem Ende 24 des Laser-Verstärkungsmediums 10 zu dem Reflek-

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tor 12 hin austretende Laserstrahl und der Laserstrahl, welcher von dem Reflektor 18 zu dem Reflektor 20 hinverläuft, aufeinander senkrecht stehen und eine gemeinsame Horizontalebene 26 aufspannen. Die Oberfläche der Plattform 23 ist zu der Horizontalebene 26 parallel. Man erkennt daher, daß die Laserstrahlabschnit te zwischen den Reflektoren 12 und lk, lk und l6 sowie l6 und l8 in einer Vertikalebene verlaufen.

Die Oberfläche des Reflektors 20 ist nun so orientiert, daß der auftreffende Laserstrahl von hier aus zu dem Reflektor 22 hin abgelenkt wird, wobei der auftreffende Strahl und der reflektierte Strahl in der Horizontalebene 26 liegen und miteinander einen Winkel von 60° Grad einschließen. Der Reflektor 22 hat bei dem vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel eine konkave Reflex· ionsflache, um den durch das Lnser-Verstärkungsmedium 10 folienden Laserstrahl zu bündeln, d.h. die Anregung eines Resonan?.-

Transversalschwingungsmodus zu unterstützen. Der Reflektor 22

ι ist dabei bezüglich seiner reflektierenden Oberfläche so ausge- ! richtet, daß der auftreffende Laserstrahl wieder in Richtung der ! Längsachse des Laser-Verstärkungsmediums 10 reflektiert wird, wie aus Figur 1 zu entnehmen ist, wobei der einfallende und der reflektierte Strahl in der Horizontalebene 26 verlaufen und miteinander einen Winkel von 30° Grad einschließen. Der Abstand zwischen den Reflektoren 22 und 12 längs der +Z-Achee beträgt d.J

Es sei hier bemerkt, daß zum Zweck der Beschreibung die Wirkung einer l80 -Phasenverschiebung vernachlässigt wird, welche einer elektrischen Feldkomponente bei Refle x ion an einem Reflek-f tor aufgeprägt wird. Eine solche Betrachtungsweise ist im vorliegenden Falle zweckmäßig, da der hier beschriebene Ringresonator eine gerade Zahl von Reflektoren im Ausbreitungsweg der Resonanzwellen enthält und sich daher die Wirkung der genannten Phasenänderungen bei einem Umlauf der Wellen im Ringresonator aufheben·

Betrachtet man wieder den Laserstrahl, welcher an dem Ende 2k des Laser-Verstärkungsmediums 10 austritt und längs der +Z-Achse

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verläuft, so sei diesem Laserstrahl eine elektrische Feldkomponente E₁ zugeordnet, welche parallel zur +X-Achse ausgerichtet ist und nach der Reflex ion an dem Reflektor 12 parallel zu dieser Achse bleibt, jedoch nach der Refle.x ion des Laserstrahls an dem Reflektor Ik in Richtung der -Y-Achse weist und hier mit E ' bezeichnet ist. Dann wird auf Grund der Refle.x ion am Reflektor 16 diese Feldkomponente zu E₁" und weist in Richtung der -X-Achse und schließlich/die genannte Feldkomponente auf Grund der Reflex lon am Reflektor 18 zu der Komponente E · und weist wieder in die Richtung der -Y-Achse. Danach bleibt diese Feldkomponente in dieser Orientierung bis zur Rückkehr zu dem Ende 2k des Laser-Verstärkungsmittels 10. Die Wirkung der Reflektoren 12 bis

i ist es also, daß die betrachtete Komponente des elektrischen Fei· des E. um einen Winkel von -90° Grad um die Strahlachse, im vorliegenden Fall die +Z-Achse gedreht wird, so daft ei· mit der elektrischen Feldkomponente E ' zusammenfällt.

Betrachtet man nun die in Richtung der +Y-Achse weisende elektrische Feldkomponente E des aus dem Ende 2k des Laser-Verstärkungsmittels 10 austretenden und sich in Richtung der +Z-Achse ausbreitenden Laserstrahls, so ist zu bemerken, daß diese Komponente durch den Reflektor 12 zunächst in Richtung der +Z-Achse gedreht wird und hier mit E " bezeichnet wird. In dieser Orientierung bleibt diese Feldkomponente bei Reflex ion des Laserstrahls an den Reflektoren 14, l6 und l8. Die Reflexion an dem Reflektor 20 bewirkt dann eine Drehung der hier betrachteten Feldkomponente in der X-Z-Ebene in einem Winkel von -30 Grad gegenüber der Richtung der +X-Achse. Die Feldkomponente ist hier mit E₂'¹' bezeichnet. Schließlich bewirkt dann die Reflexion an dem Reflektor 22, daß die Feldkomponente am Orte des Endes 2k des Laser-Verstärkungsmittels 10 in Richtung der +X-Achse weist und hier E₀* zu bezeichnen ist. Man erkennt, daß die Reflektoren 12 bis 22 mit Bezug auf die Komponente E- des elektrischen Feldes die Wirkung haben, daß sie diese Komponente um -90 Grad um die Strahlachse drehen. Die Wirkung eines Umlaufs im Ringresona tor kann also folgendermaßen angeschrieben werden:

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E₂,

Die Reflektoren 12, l4, l6, 18, 20 und 22 haben also die Wirkung,' daß die Verteilung des elektromagnetischen Feldes von Wellen, die im Ringresonator umlaufen, in einer auf dem optischen Ausbreitungsweg der Wellen senkrechtstehenden Ebene um -90 gedreht wird. Die elektromagnetische Feldverteilung umfasst sowohl die Intensität als auch die Richtung (d.h. die Polarisation oder den elektrischen Feldvektor) einer elektromagnetischen Welle an einem Punkt im Räume. Weist beispielsweise die von dem Laser-Verstärkungsmedium 10 erzeugte elektromagnetische Welle in einer Ebene P eine Verteilung des elektromagnetischen Feldes auf, welche Linien 25 gleicher Intensität besitzt, die eine el* j liptische Form besitzen, wobei die große Hauptachse vertikal orientiert ist und die vertikal orientierten Komponenten des elektrischen Feldes mit 27 bezeichnent sind (Figur 2A), so haben, die Reflektoren 12 bis 22 die Wirkung, daß zum einen die Verteilung des elektromagnetischen Feldes so gedreht wird, daß die genannten Komponenten des elektrischen Feldes und die große Hauptachse der elliptischen Linien gleicher Intensität horizontal orientiert sind, wie in Figur 2B gezeigt und das zum anderen die Feldverteilung verzerrt wird, was auf der Beugung und der konkaven Reflexionsfläche des Reflektors 22 beruht, wie in Figur 2C gezeigt ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß für eine Resonanz von Wellen, d.h. für einen stabilen Betriebsmodus des Ringresonator f> ί» '· betreffenden Wellen nach einem Umlauf durch den Ringresonator BU einem bestimmten Punkt wieder in der ursprünglichen Verteilung des elektromagnetischen Feldes zurückkehren müssen. Im allgemeinen jedoch bleibt weder die Gestalt der Linien gleicher Intensität noch die Polarisation (Richtung des elektrischen Feldes) in einer gegebenen Ebene unverändert,nachdem die Welle einmal in dem Ringresonator umgelaufen ist. Wellen mit einer Fre-j quenz, weiche eine Resonanzfrequenz sein kann, nehmen eine Intensitätsverteilung an, für welche die Beugung der betreffenden Wellen und die Fokusierung durch den Reflektor 22 im Gleichgewicht

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stehen, so daß die Wellen, welche in Resonanz angeregt werden, nach Durchlaufen des Resonators die gleiche Intensitätsverteilung besitzen. Nur/zirkular polarisierten Wellen ist aber die , Bedingung erfüllt, daß ihre Polarisation nach einem Umlauf in dem Ringresonator wieder in die ursprüngliche Gestalt zurückkehrt Die einzige, sich selbst erhaltende Verteilung des elektromagnetischen Feldes, welche in dem Ringresonator existieren kann, ist diejenige von Wellen mit zirkularer Polarisation· Die Linien gleicher Intensität solcher Resonanzwellen nehmen eine Gestalt an, welche die Aufrechterhaltung solcher zirkulär polarisierten Wellen in dem Ringresonator erlaubt. Hat die zirkuläre Polarisation solcher Wellen eine Komponente entsprechend der Regel der

rechten Hand, d.h. iir/2 -iirtt

~ϊΓ - [E ♦ 'S e ] β r 12

so besteht die Wirkung der Reflektoren 12 bis 22 darin, diese Komponente folgendermaßen umzuformen:

-* o» _» itr/2 i2irL/X -icot

E ' - [E · f E ·θ ] β β .

ΓΙ 2

, ^ .ν / i2trL/X -ίωΐ - [-Ε + E θ ] θ β 2 1

iv/2 i2irL/X E · ■ β θ r
Hierin bedeutet L die Länge des optischen Weges um den gesamten Ring längs des Strahlwoges gemessen. Wenn die zirkuläre Polarisation dieser Wellen einer Komponente entsprechend der Regel der

linken Hand besitzt, d.h. *iv/2 "ittt

B- [E +Ee ] e

Ä 1 2

so wird diese Komponente bei einem Umlauf in dem Ring folgender maßen umgeformt:

B · - [B ' ♦ E ' β ]e e

λ, 1 ²

^ ^ -ίπ/2 x2ttL/X -ίωί

- [-Ε +Ee ] β β

2 1 ."

-ίπ/2 x2iiL/X ^

- β B

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Die relative Phasendifferenz zwischen den Komponenten mit dem Polarisationssinn entsprechend der Regel der linken Hand und entsprechend der Regel der rechten Hand ist dann:

ίττ/2 i2iTL/X -iir/2 i2trL/X [θ θ ]/[θ e ] '

- θ oci. 180
Es ist weiter zu beachten, daß die Reflektoren 12 bis 22 die Wirkung haben, daß sie die Phase der durch den Resonator laufenden Welle verändern, und zwar um + n/2 für Wellen mit Polarisation entsprechend der Regel der rechten Hand und Um -n/2 ^^ur Wel len mit einer Polarisation entsprechend der Regel der linken Hand. Da die optischen Weglängen für die Wellen in dem Ringresonator gleich sind, da keine Welle sich durch ein Medium ausbrei- J tet, welches diese optische Weglänge ändern würde (wobei dor Ein·« fluß des Permanentmagneten 30 vernachlässigt sei, um die Wirkungsweise der Reflektoren 12 bis 22 deutlicher zu beschreiben). bewirkt die Phasenänderung auf Grund der Wirkung der Reflektoren 12 bis 22 eine entsprechende Änderung der Resonanzfrequenzen

dieser Wellen, wobei die Resonanzfrequenzen von Wellen mit unter·* schiedlichem Richtungssinn der Polarisation in entgegengesetztem Sinn geändert werden. Das Ergebnis ist, daß die Wellen mit einer Polarisation entsprechend der Regel der rechten Hand eine Resonanzfrequenz besitzen, welche von der Resonanzfrequenz der Wellen mit linkesinniger Polarisationsrichtung verschieden'ist. Die· se Wirkung wird bei Betrachtung einer Welle mit einem Polarisationssinn entsprechend der Regel der rechten Hand deutlich, wenn diese Welle folgendermaßen angeschrieben wird:

B ■ R [e ] ■ X cos (ßS-ut)-Y sin (0S-u>t) R e R

Hierin bedeuten X, Y und Z aufeinander senkrecht stehende Einheitsvektoren. S wird in Richtung der Ausbreitung der Weile gemessen. O ist,die Winkelgeschwindigkeit des elektrischen Feldvektors und ß β 2Jf f/c = 2^/X , worin f und Λ die Frequenz beziehungsweise die Wellenlänge der betreffenden Welle bedeuten und c die Lichtgeschwindigkeit ist.

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Um für eine solche Welle in einem Resonator eine Resonanzbedingung herzustellen, ohne daß der Resonator Mittel zur Drehung der elektromagnetischen Feldverteilung aufweist, müssen die optische Weglänge L des Resonators und ß folgende Bedingung erfüllenJ

Hierin ist η eine ganze Zahl und/ergeben sich als Resonanzfrequenzen solcher Wellen die Frequenzen f « nc/L

Die Wirkung einer Drehung des elektrischen Feldvektors einer sol chen Welle in der im Zusammenhang mit Figur 1 erläuterten Weise .bedeutetι wie zuvor angegeben, eine Änderung der Phase dieser Welle. Eine derartige in der Phase geänderte Welle kann für den Fall einer rechtssinnigen Polarisation folgendermaßen angeschrien ben werden: ^ j

E · - Re [β '] - X cos(es-u)t ♦ π/2)

-Y sin(0S-ü>t + w/2)

Für Resonanz müssen ß und L die Bedingung erfüllen, daß BL + tf/2 » 2njf und daher sind die Resonanzfrequenzen solcher ,WeI*

len in die Frequenzen f ' geändert worden, worin

f_r ' * c/ZirL (2nTt - r/z )

Betrachtet man Wellen mit einem Polarisationssinn entsprechend der Regel der linken Hand, so ergibt sich, daß die Resonanzfrequenzen wegen der oben beschriebenen Drehung des elektrischen Feldes geändert werden in

c/ZnL(InT+ v/i)

Zusammengefaßt kann festgestellt werden, daß eine Phasenänderung von 0 (Radiant) in entgegengesetzter Richtung für entgegengesetz ten Polarisationssinn eine entsprechende Trennung der Resonanzfrequenzen der gegensinnig polarisierten Wellen um

_β Δ-f "C/ltL (2φ)

herbeiführt« Weiter ergibt sich, daß die Reflektoren 12 bis 22 eine reziproke Wirkung haben. Das bedeutet, daß die Phasenver-Bögerung bei Wellen eintritt,die von dem Ende 2k dee Laser-Ver

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' ^l 7 WBTB7 0 7 3 9

Stärkungsmediums 10 längs der +Z-Achse austreten und folglich im Uhrzeigersinn umlaufen und auch bei Wellen bewirkt wird, die an dem Ende 2k des Laser-Verstärkungsmittels längs der -Z-Achse ein treten und folglich im Gegenuhrzeigersinn umlaufen.

Durch geeignete, in der Zeichnung nicht gezeigte Mittel ist ein Permanentmagnet 30 so gehaltert, daß er das Laser-Verstärkungsmedium 10 umgibt und ein magnetisches Feld H erzeugt, welches hier in der Größenordnung von 100 Gaues liegt, also wesentlich stärker als das Erdmagnetfeld und andere magnetische Streufelder ist und parallel zu der -Z-Achse in der dargestellten Weine das Laser-Verstärkungsmedium durchsetzt. Es sei darauf hingewiesen, daß das magnetische Feld H auch in der Weise erzeugt werden kann, daß das Lasermedium 10 durch Windungen eines Leiters umschlungen wird, durch welchen von einer Gleichstromquelle her ein Strom geeigneter Größe geleitet wird. Das Magnetfeld erzeugt eine I Präzession der atomaren magnetischen Dipole der Helium-Neon-Atomö im Laser-Verstärkungsmediuni, wobei diese Dipole mit den durch das Verstärkungsmedium laufenden Wellen entsprechend dem Drehsinn der Komponente des magnetischen Vektors der Zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen in Wechselwirkung treten. Im einzelnen ist, wenn der Drehsinn des magnetischen Vektors der· selbe wie der Drehsinn der Präzession der atomaren magnetischen Dipole der Helium-Neon-Atome ist, der Brechungsindex, welchen das Medium 10 unter dem Einfluß des Magnetfeldes H den durchlaufenden Wellen darbietet, von dem Brechungsindex verschieden, welcher für durchlaufende Wellen gilt, die einen Drehsinn des magnetischen Vektors entgegengesetzt zum Drehsinn der Präzession der atomaren magnetischen Dipole haben. Der beschriebene Effekt ist in folgenden Veröffentlichungen einer genaueren Untersuchung unterzogen worden:

"Zeeman Effect in Gaseous Helium-Neon Optical Maser", von H. Statz, R. Paananen und G. F. Koster, Journal of Applied Physics, Band 33, Nr. 7, Seiten 2319 bis 2321, Juli 1962; "Zeeman Effects in Gaseous He-Ne Optical Masers", von R. Paananen, C. L. Tang und H. Statz, Proceedings of the IEEE, Band 51« Nr. 1, Januar I963 und

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US-Patentschrift 3 277 396

Wie in den genannten Veröffentlichungen ausgeführt ist, hat das magnetische Feld H im Bereich des Laser-Verstärkungsmediums 10 die Wirkung, daß die Resonanzfrequenzen für rechtesinnig und linksinnig zirkulär polarisif>rt.p Wellen, welche sich durch das Medium in der gleichen Richtung relativ zur Richtung des magnetischen Feldes H ausbreiten_?um den Betrag AF aufgespalten werden worin _s BH λ

Hierin sind g die Lande'sehe Zahl (gyromagnetisches Verhältnis) vorliegend ungefähr gleich 1,3« ^{B das} Mohrsche Magneton; h das Plancksche Wirkungsquantum, AQC die Halbwertsbreite der Resonanzkurve des Laserraumes (dies ist f /Q, worin f die Frequenz des Laser-Verstärkungsmediums 10 ist und vorliegend etwa Ί,74 χ 10 Hz beträgt. Q ist der Gütefaktor des Resonators und ist vorliegend etwa gleich 10 ) und^^die Halbwertsbreite der Neon-Laserlinie, nämlich ungefähr gleich 1 GHz.

Für ein Magnetfeld II von 100 Gauss ist daher die Frequenzaufspaltung AF =068 kHz. Ein bevorzugter Bereich von Frequenzaufspnltungswerten AF ist 100 kHz bis 1,0 MHz.

Wie oben im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben wurde, ermöglichen die Reflektoren 12 bis 22, daß Wellen mit gegensinniger zirkularer Polarisation bei den in Figur 3A eingezeichneten, unterschiedlichen Frequenzen f und f. in Resonanz auftreten. Wäh-

ab

rend die Wirkung des Magnetfeldes H auf das Laser-Verstärkungsmedium 10 darin besteht, daß dieses für Wellen, die gegensinnig zirkulär polarisiert sind und in der selben Richtung das Medium 10 durchlaufen ein jeweils unterschiedlicher Brechungsindex dar«* geboten wird, ist die Änderung des Brechungsindex für Wellen, welche einen bestimmten Richtungssinn der zirkulären Polarisation aufweisen und den Ringresonator in der einen Richtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn durchlaufen, dieselbe wie für Wellen, welche im entgegengesetzten Sinne zirkulär polarisiert sind:! und den Ringresonator in der anderen Richtung, also im vorliegenden Beispiel im Gegenuhrzeigersinn durchlaufen· Das magneti-

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sehe Feld H hat also die Wirkung, daß es die gegensinnig zirkulär polarisierten Wellen, welche die Resonanzfrequenzen f und f besitzen, jeweils in Frequenzpaare i"_a'» ^f _a" ' ^f _D' ^{und f}b" ^auf" spaltet, worin

und die Wellen mit den Frequenzen f_a' und f_b' in entgegengesetztem Sinn zirkulär polarisiert sind und derselben Richtung, beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn, im Ringresonator umlaufen, während die Wellen mit den Frequenzen f " und f." ebenfalls gegensinnig zirkulär polarisiert sind, jedoch in dem Ringresonator in der entgegengesetzten Richtung, also hier im Uhrzeigersinn, umlaufen. Das bedeutet, daß Wellen, welche in dem selben Sinne Zirkular polarisiert sind y jedoch gegensinnig in dem Ringresonator umlaufen, auf Grund des Zeeman-Effektes unterschiedliche Resonanzfrequenzen haben.

Die Kombination der Reflektoren 12 bis 22 und der Einrichtungen zur Erzeugung des Magnetfeldes H in dem Laser-Verstärkungsmedium 10 führt demgemäß dazu, daß in dem Ringresonator Wellen mit den in Figur 3C eingezeichneten Frequenzen anregbar sind, wobei die Wellen 32 und Jk beispielsweise im Uhrzeigersinn umlaufen und die Wellen 36 und 38 im Gegenuhrzeigersinn umlaufen. Die beiden im Uhrzeigersinn umlaufenden Wellen besitzen gegenüber denjenigen, welche im Gegenuhrzeigersinn umlaufen,einen entgegen gesetzten Richtungssinn der zirkulären Polarisation· Die Frequenzen sind in Figur 3C um eine positive oder eine negative Differenz von der Mittenfrequenz der maximalen Verstärkung des Laser-Verstärkungsmediums 10 versetzt eingezeichnet.

Es sei hier bemerkt, daß der Unterschied in den Drechungsindizes welche den jeweiligen Wellen durch Wechselwirkung der Drehung des magnetischen Vektors dieser Wellen mit dem Drehsinn der atomaren magnetischen Dipole der Helium-Neon-Atome dargeboten werden, nahe der Emissionslinie des Laser-Verstärkermediums am grös· sten ist. In ähnlicher Weise ist der Faraday-Effekt bei der Erzeugung unterschiedlicher Brechungsindizes für Wellen entgegenge·

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setzten Polarisationssinnes am größten nahe den Absorp tionsli*· nien oder Absorptionsbanden des verwendeten Mediums, beispielsweise wenn Absorptionslinien eines Quarzkristallee,falls ein sol· eher als Faradayrotator verwendet wird. Die Resonanzfrequenzen der Wellen, auf welche der Effekt einwirken soll, sind jedoch im allgemeinen von der Absorptionslinie des im Faradayrotator verwendeten Mediums wesentlich verschieden. Bei dem hier vorgeschlagenen Ringresonator sind jedoch die Resonanzfrequenzen der Wellen des Resonators im wesentlichen gleich der Frequenz der Emissionslinie des Lasermediums und daher bewirkt die beschriebene Verwendung des Laser-Verstärkungsmediums eine wirkungsvollere Trennung der Frequenzen von Wellen entgegengesetzten PoIarisationssinnes, als dies bei Verwendung eines Quarzkristalles für die Frequenztrennung der Fall ist.

Der Spiegel 20 ist bei der hier beschriebenen Ausführungsform teilweise durchlässig (vorzugsweise weniger als 0,1%), so daß ein Teil der Energie der im Uhrzeigersinn umlaufenden Wellen und der im Gegenuhrzeigersinn umlaufenden Wellen zu einem Stabilisation- und Auswertsystem ¹M) gelangen kann· Es können jedoch auch Spiegelreflexionen von den Oberflächen der verschiedenen Bauteile des Ringresonators durch geeignete, nicht dargestellte optische Mittel dem Stabilisierungs- und Auswertsystem 40 zugeleitet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält das Stnbilisierungs- und Auewertsystem kO einen nichtdargestellten Differenzialverstärker, um ein elektrisches Signal für ein piezoelektrisches Element kl zu erzeugen, daß in geeigneter Weise mit dem Reflektor 22 gekuppelt ist und die Stellung dieses Reflektors so reguliert, daß die vier Frequenzen symetrisch zu der Mittenfrequenz entsprechend dem maximalen Verstärkungsfaktor im Spektrum des Laser-Verstärkungsmediums 10 gehalten werden. Das System kO enthält auch einen ebenfalls nicht dargestellten Zähler zur Anzeig· der Drehgeschwindigkeit des Ringresonators um die Achse des Gyroskops. Stabilisierungs- und Auswertsysteme ähnlich den System kO sind in der US-Patentschrift 3 7<tl 657» beschrieben

Es sei hier nochmals darauf hingewiesen, daß in dem Laser-Verstürkungsmedium 10 zwei verschiedene Isotopen von Neon verwen-

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det werden, nämlich Ne und Ne. Der Grund für die Verwendung zweier verschiedener Isotopen des Lasermediums ist, daß jede der vier Wellen mit einer jeweils unterschiedlichen Gruppe von Atomen des Lasermediums in Wechselwirkung tritt, nämlich mit Atomen unterschiedlicher Geschwindigkeit, wenn die Länge des Resonnnzhohlraumes so abgestimmt ist. daß die vier Frequenzen symetrisch zu der Mittellinie entsprechend dem maximalen Verstärkungsfaktor in der Kennlinie des Laser-Verstärkungsmediums gehalten werden

20 In dieser Hinsicht stellt das Ne-Isotop 52% der Neonatome, um

das geringere Atomgewicht dieses Isotops zu kompensieren. Um den maximalen Verstärkungsfaktor, welcher für ein Zusammengesetztes Lasermedium gültig ist, in die Mitte zwischen die den beiden Isotopen zugeordneten Resonanzfrequenzen zu legen, bedeutet dies,

20 daß ein größerer Prozentsatz von Ne, nämlich 52%, verwendet

22 werden muß, als in dem Gemisch an Ne, nämlich 48%, enthalten ist. Ist die Anordnung so getroffen, so sind die verschiedenen Gruppen von Atomen, welche mit den jeweils zugehörigen der vier Wellen in Wechselwirkung treten, am besten voneinander isoliert.

Die Orientierung der Gyroskopachse verläuft längs des Vektors G. Dieser Vektor läßt sich durch Auswertung folgenden Linienintegrale berechnen:

Hierin ist dr die Wanderungsrichtung länge dee Ausbreitungsweges an einem Punkt desselben und "r ist der Stellungsvektor an dem betreffenden Punkt. Betrachtet man den im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Ringresonator, so stellt man fest, daß sich die Wellen in dem Resonator in zwei aufeinander senkrecht stell«·'· den Ebenen ausbreiten, nämlich der Horizontalebene 26 und einer Vertikalebene· Die von dem Weg in der Horizontalebene umschlossene Fläche ist A₁ = 1/2 (d + d ) d. . Die Fläche, welche von dem Ausbreitungsweg in der Vertikalebene umschlossen wird, ist ^A2 ^{3 d}2 ^dl* ^{Die G}y^roskoP^achae verläuft dann länge dee Vektors G, worin

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In Figur 4 ist nun ein Laser-Ringresonator gezeigt, welcher wieder das Laser-Verstärkermedium 10 und nun vier Reflektoren enthält, nämlich die Reflektoren 42, 44, 46 und 48, die so angeordnet sind, daß in dem Resonator Wellen mit zirkularer Polarisation angeregt werden können, wobei die rechtssinnig zirkulär polarisierten Wellen eine andere l'husenänderung erfahren als die linkssinnig zirkulär polarisierten Wellen. Das Laser-Verstärkermedium 10 und die Reflektoren 42 bis 48 sind durch geeignete Mittel, welche in Figur 4 nicht dargestellt sind, an einer Plattform oder Basisplatte 49 befestigt. Ein Permanentmagnet JO wirkt mit dem Laser-Ringresonator in der Weise zusammen, daß zirkulär polarisierte Wellen mit vier unterschiedlichen Frequenzen angeregt werden können, so daß die Einrichtung als ein Vierfrequenz-Laser-Ringresonator betrieben werden kann, wie in Verbindung mit Figur 1 beschrieben wurde. Auch ist wieder ein Stabilisierungs-Auswertsystem 40 vorgesehen, um die Lage des Reflektors 42 mit Hilfe eines daran befestigten, piezoelektrischen Elementes 4l zu regulieren, was mittels eines von einem Teil der durch den Reflektor 44 gelangenden Wellen abgeleiteten Signalee geschieht, wie ebenfalls in Verbindung mit Figur 1 ausgeführt wurde·

Es sei bemerkt, daß die Laserstrahlen, welche auf den eine konkave Oberfläche aufweisenden Reflektor 42 treffen und von ihm reflektiert werden, in einer zu der Ebene der Basisplatte oder Plattform 49 parallelen Ebene 45 verlaufen. Betrachtet man die Wellen, welche am Ausgangsende 43 des Laser-Verstärkermediums 10 austreten, so ist festzustellen, daß der Reflektor 44 den auf ihn treffenden Laserstrahl aus der Ebene 45 herauslenkt und auf den Reflektor 46 hin reflektiert. Der Reflektor 46 lenkt seinerseits den Laserstrahl, welcher auf ihn trifft, zu dem Reflektor 48, welcher den Strahl wieder in Richtung der Längsachse des Laser-Verstärkermediums 10 ablenkt, so daß der Laserstrahl wieder in der zur Ebene der Plattform 49 parallelen Ebene verläuft. Das bedeutet also, daß die Strahlabschnitte A und B in einer zu der Plattform 49 parallelen Ebene liegen, während die Strahlabschnit· te C und D in einer Ebene gelegen sind, welche die Ebene der Plattform 49 schneidet.

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7WBTSTDTTS ~'

!Ζ⁰⁰⁰⁴⁵

Die Reflektoren 42 bis 48 besitzen solche Ausrichtung, daß sie die Verteilung des elektromagnetischen Feldes der in dem Laser-Ringresonator in Resonanz befindlichen Wellen um -n/2 Radiant um die Ausbreitungsrichtung dieser Wellen drehen, wenn die Wellen in dem Ringresonator umlaufen. Um die richtige Orientierung der Reflektoren zu bestimmen, kann es vorteilhaft sein, die Reflexionen zu analysieren, welche von Paaren der Reflektoren 42 bie 48 erzeugt werden. Zunächst sei das Reflektorpaar 46 und 48 näher betrachtet. Es ist festzustellen, daß die reflektierenden Oberflächen dieser Reflektoren in zwei einander schneidenden Ebenen 60 beziehungsweise 62 gelegen sind, welche in unterbrochenen Linien angedeutet sind. Die Ebenen Verschneiden sich längs einer diedrischen Achse 64 und bilden einein Verschneidungswinkel ö**. Die diedrische Achse weist in Richtung des Einheitsvektors " · Bekanntermaßen ist eine zweifache Reflexion eines Bildes gleichbedeutend mit einer Rotation dieses Bildes um einen Winkel von 2 V um die diedrische Achse, welche durch Verschneidung der Ebenen gebildet wird in denen die Oberflächen der Reflektoren gelegen sind. Das bedeutet, daß dann, wenn man die Normalen zu den Oberflächen der Reflektoren mit η und η bezeichnet, folgende Beziehung gilt:

A , Λ Α

Es sei nun wieder Figur 4 betrachtet. Die Reflektoren 46 und 48

sind so orientiert, daß die Wellen, welche den Abschnitt C des Ringresonator durchlaufen, nach Reflexion an den Reflektoren und 48 auf die Längsachse des Laser-Verstärkermediums 10 ausgerichtet sind, wenn die Wellen in dem Abschnitt A des Ringresonators verlaufen, welcher sich zwischen den Reflektoren 42 und 48 erstreckt· Bei einer solchen Ausrichtung der Reflektoren 46 und 48 ist die Verteilung des elektromagnetischen Feldes der Wellen des Wegabschnittes C in dem Wegabschnitt A durch di· Reflektoren

2 f um den Einheitsvektor f*gedreht.

In entsprechender Weise läßt sich eine diedrische Achse und sol che Achsenrichtung den Reflektoren 42 und 46 zuordnen und die Verteilung des elektromagnetischen Feldes der Wellen in dem Ab schnitt A ist bei Untersuchung der Verhältnisse in dem Abschnitt

709828/0 7.55*

C des Weges des Ringresonators zusätzlich entsprechend dem genannten Winkel und der Achsenrichtung gedreht. Zur Erzeugung einer Drehung der Verteilung des elektromagnetischen Frldes um die Strahlausbreitungsrichtung um einen Winkel von -n/2 derart, daß eine Phasendifferenz von _n Radiant zwischen den rechtssinnig zir4 kular polarisierten Wellen und den linkesinnig zirkulär polarisierten Wellen herbeigeführt wird, sind die Reflektoren 42 bis 4f folgendermaßen auszurichten:

Reflektor

Richtungscosinus der Normalen zur Reflektoroberfläche

42
44
46
48

X-Achse

0.866413

.ΟΟ3688

-.209766

-.769676

Y-Achse

-.499328

.999298

-.722611

+.164503

Z-Achse

0.0

.037273 -.658659 +.616877

Man erkennt, daß bei dieser Orientierung der Reflektoren das Reflektorenpaar 42 und 44 die Verteilung des elektromagnetischen Feldes der eich ausbreitenden Wellen für einen Richtungssinn der

Zirkularen Polarisation um -4,300*

drehen und das die Re

flektoren 46 und 48 die Verteilung des elektromagnetischen Feldes solcher Wellen um -85,700° verdrehen, so daß die Gesamt· drehung »90 beträgt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Länge des Abschnittes A des optischen Weges 15»7 cm·

Di· optische Weglänge eines Umlaufes in dem Ringresonator ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel 50 cm. Wegen des Abstandes zwischen den Resonanzschwingungszuständen für Wellen einer bestimmten Polarisation ist der Wert Δ durch die Beziehung Δ β c/l gegeben, worin c die Lichtgeschwindigkeit ist und 1 die Länge des Optischen Weges bedeutet. Im· vorliegenden Fall· ist A gleich 600 MHs. Nachdem die Reflektoren 42 bis 48 so angeordnet sind,

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daß sie einen Phasenunterschied von l8o zwischen gegensinnig polarisierten Wellen erzeugen, ist der Frequenzunterschied zwischen solchen gegensinnig polarisierten Wellen 300 MIIz, d.h. der halbe Abstand zwischen den Schwingungszuständen , nämlich Δ /2. Es sei bemerkt, daß der 100° -Phasenunterschied eine maximale Aufspaltung zwischen solchen gegensinnig polarisierten Wellen bewirkt. Weiter verändert sich die Frequenzaufspaltung von Null zu dem Maximum, wenn sich der Phasenunterschied von 0° bis l80° ändert. Wenn der Phasenunterschied von l80° bis 36Ο⁰ weiterwächst, wird die jeweils zugehörige Frequenzaufspaltung von dem Maximum aus wieder zu Null.

Aus vorstehendem ergibt sich ohne weiteres, daß mittels der Spiegelanordnung, welche zur Drehung der Verteilung des elektromagnetischen Feldes der Wellen, die sich im Ringresonator ausbreiten, zur Erzeugung zirkulär polarisierter Wellen entgegengesetzten Polarisationssinnes/T wobei die Wellen jeweils unter·· schiedliche Resonanzfrequenz besitzen, die Verluste und die Streuung des Resonators im Vergleich zu einer Anordnung vermindert werden, welche einen anisotropen Kristallrotator enthält, um die unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisenden, zirkulär polarisierten Wellen zu erzeugen. Weiter vermindert die Spiegelanordnung das Ausmaß einer linearen Doppelbrechung in dem Resonator durch Besaitung des anisotropen Kristallrotators, wodurch der Grad der resultierenden elliptischen Verzerrung gegenüber einer Anordnung mit einem anisotropen Kristallrotator vermindert wird. Eine Fehlausrichtung der optischen Achse des Rotators kann eine unerwünschte elliptische Restverzerrung verursachen· Diese elliptische Restverzerrung verursacht wiederum unerwünschte Instabilitäten in einem Ringresonator mit Kristallrotator. Das vorliegend vorgeschlagene Spiegelsystem jedoch beseitig in wirkungsvoller Weise diese Quelle einer elliptischen Restverzerrung und vermindert dadurch die genannten Instabilitäten. Eine Vermeidung eines anisotropen Mediums in Gestalt des Kristallrotators bewirkt auch, daß der Fizeau-Fresnel-Widerstandseffekt bezüglich der sich in dem Medium ausbreitenden Wellen beseitigt wird· Schließlich wird auch der Verstärkungegewinn eines solchen

27 O O O A 5

Resonators dadurch verbessert, daß die Verluste vermieden werden die auf Grund der Verwendung der beiden, verhältnismäßig stark
Verlustbehafteten Antireflexbelägen verursacht würden, die allgemeinen an den Oberflächen eines Kristallrotators und eines
Festkörper-Faradayrotators vorzusehen sind·

Dem Fachmann bietet sich im Rahmen der hier offenbarten Gedanken eine Reihe von Weiterbildungs- und Abwandlungsmöglichkeiten. Bei spielsweise können für das Laser-Verstärkermedium 10 auch andere Medien mit anderen Mischungen von Neonisotopen verwendet werden.

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XH

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1.^Ringresonator für elektromagnetische Wellen, welcher ein Ver-Stärkermedium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ringresonator eine Baueinheit (12, l4, 16, 18 beziehungsweise 44, 46 j 48) zur räumlichen Drehung der elektromagnetischen Feldverteilung der im Ringresonator in Resonanz vorhandenen elektromagnetischen Wellen um die Wellenausbreitungsrichtung als Achse herum und eine das Verstärkermedium (10) enthaltende Einrichtung (10, 30) vorgesehen sind, welche für die elektromagnetischen Wellen gleichen Polarisationssinnes, welche das Verstärkermedium in jeweils unterschiedlicher Richtung durchlaufen, einen jeweils unterschiedlichen Brechungsindex bietet.

2. Ringresonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dnß die genannte Baueinheit (12, 14, 16, l8 beziehungsweise 44, 46, 48) zur räumlichen Drehung der elektromagnetischen Feldverteilung eine Phasendifferenz zwischen in Resonanz vorhandenen elektromagnetischen Wellen entgegengesetzten Polarisationssinnes einführt, so daß diese Wellen im Ringresonator mit unterschiedlichen Frequenzen in Resonanz treten.

3« Ringresonator nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Baueinheit (12, l4, 16, 18 beziehungsweise 44, 46, 48) die Drehung der elektromagnetischen Feldverteilung der in Resonanz auftretenden elektromagnetischen Wellen vornimmt, während sich die Wellen durch ein isotropes Medium ausbreiten.

4. Ringresonator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (12, l4, l6, 1Ö beziehungsweise 44, 46, 48) zur Drehung der elektromagnetischen Feldverteilung ein Spiegelsystem enthält, mittels welchem die elektromagnetischen Wellen auf einem bestimmten Weg durch das isotrope Medium gelenkt werden.

5· Ringresonator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Ausbreitungeweges der in Resonanz auftretenden

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elektromagnetischen Wellen in einer ersten Ebene verläuft und das ein anderer Teil des V/ellenausbreitungsweges in einer zweiten Ebene gelegen ist, welche zu der erst genannten Ebene einen Win· kel einschließt.

6. Ringresonator nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch ge«· kennzeichnet, daß das Verstärkermedium ein Laser-Verstärkermedium (10) ist.

7. Ringresonator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (12, lk, l6, l8 beziehungsweise kk, kd, 48) zur räumlichen Drehung der elektromagnetischen Feldverteilung bevorzugt zirkulär polarisierte elektromagnetische Wellen in Resonanz im Ringresonator auftreten läßt·

ö. Ringresonator nach einem der Ansprüche 1 bis 7 t dadurch ge- \ kennzeichnet, daß eine Einrichtung (30) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes im Verstärkermedium (10) vorgesehen ist, derart, daß Wellen mit vier verschiedenen Frequenzen zur Resonanz anregbar sind.

9· Verwendung eines Ringresonators nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Laser-Gyroskop, in welchem zwei Paare von Wellen ausgewertet werden, wobei die Wellen jedes Wellenpaares entgegengesetzten Polarisationssinn aufweisen und ein Wellenpanr in der einen Richtung den Ringresonator durchläuft, während dos andere Wellenpaar den Ringresonator in der entgegengesetzten Richtung durchläuft und die Wellen der beiden Wellenpaare sämtlich unterschiedliche Resonanzfrequenzen besitzen·

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