DE2730427A1

DE2730427A1 - Ringlaser

Info

Publication number: DE2730427A1
Application number: DE19772730427
Authority: DE
Inventors: Robert Thomas Taylor
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-07-07
Filing date: 1977-07-06
Publication date: 1978-02-16
Also published as: CA1085499A; GB1542723A; FR2358038A1; FR2358038B1

Description

Patentante ^ 2730A27 Dr.-Ing. Wilhelm Reichel KpMng. V/ollrjcQuj Beichel Frankfurt a M. 1

Parkafraß· 13

8827

THE GENERAL ELECTRIC COMPANY LIMITED, 1 Stanhope Gate, London W1A 1EH, England

Ringlaser

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Die Erfindung betrifft Ringlaser, sie bezieht sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf ein derartiges Gerät zur Verwendung in einer Rotationsmeßanordnung.

Ein Ringlaser enthält einen optischen Pfad in Form eines geschlossenen Kreises, der durch drei oder mehr reflektierende Oberflächen definiert ist, und er enthält eine aktive Laseranordnung. Sofern bestimmte Bedingungen erfüllt sind, kann die Laseranordnung zwei kontinuierliche Lichtstrahlen erzeugen, die in entgegengesetzten Richtungen in dem Kreis umlaufen. Jeder Strahl besteht aus Licht mit einer Anzahl von Frequenzen; es sind dies die Resonanzfrequenzen im Kreis, und diese stellen eine Funktion der effektiven Länge des geschlossenen Pfades dar. Die Anzahl dieser Resonanzfrequenzen ist von der Bandbreite begrenzt, über die das aktive Lasermedium eine Verstärkung liefert. Sofern das System bezüglich der beiden einander entgegengerichteten Strahlen isotrop ist, und sofern keine Drehung des Ringlasers um eine Achse stattfindet, die zur Ebene des Kreises oder der Schleife normal verläuft, dann sind die Frequenzen des in den beiden Strahlen enthaltenen Lichts identisch. Sofern eine derartige Drehung oder Rotation vorhanden ist, ist die effektive Pfadlänge für die beiden Strahlen verschieden. Diese Differenz der effektiven Pfadlänge A L ist in erster Ordnung gegeben durch:

wobei A die vom Pfad der Lichtstrahlen eingeschlossene Fläche ist, —r\_ stellt die Rotationsfrequenz um eine, wie oben angegebene Achse dar, und C ist die Lichtgeschwindigkeit .

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Für eine spezielle Schwingmode resultiert eine derartige Änderung der Pfadlänge in einer Frequenzdifferenz zwischen den beiden Strahlen Δ = 4 A -A- ,

L Λ

wobei Λ die Wellenlänge der fraglichen Mode im nichtrotierenden Zustand ist.

Diese Frequenzdifferenz läßt sich wahrnehmen oder feststellen, um die Rotationsfrequenz zu messen, alternativ kann auch ein Interferenzmuster von den beiden Strahlen abgeleitet werden, das kontinuierlich abgenommen wird, um ein Winkelmaß zu liefern, um das sich der Ringlaser während einer Zeitperiode gedreht hat. Ringlaser, die zur Messung des Rotationswinkels oder der Rotationsfrequenz verwendet werden, werden allgemein als Ringlaser-Gyroskop bezeichnet.

Laser-Gyroskope besitzen eine Anzahl von Fehlerquellen, insbesondere bei kleinen Rotationsfrequenzen. Die hauptsächlichen Fehlerquellen stellen Lock-in-Erscheinungen O.Verschiebung, und Frequenz-Mitzieheffekte (frequenzy pulling) dar. Am schwierigsten von diesen Erscheinungen ist der Lock-in-Effekt zu behandeln, der auftritt, wenn die Rotationsfrequenz des Ringlasers unterhalb einen kritischen Wert verringert wird, der als Lock-in-Schwellwert bezeichnet wird. Es handelt sich tatsächlich um eine Synchronisation identischer Moden in zwei Strahlen entgegengesetzter Richtung zu einer gemeinsamen Frequenz, wodurch bewirkt wird, daß das Laser-Gyroskop innerhalb dieses Bereichs auf Rotationen nicht anspricht.

Das Lock-in-Phenomen wird durch gegenseitige Kopplung zwischen zurückgestreuter Energie von einem Strahl mit dem anderen Strahl hervorgerufen, wobei eine derartige

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Streuung an den reflektierenden Oberflächen und im aktiven Medium stattfindet.

Es werden mechanische Vorspannverfahren (Spin oder Dither) verwendet, damit sich ein klarer Frequenzbereich um die Null-Rotation oder den Nullpunkt herum ausbilden kann, diese Verfahren sind Jedoch dann Nullpunkt-Verschiebefehlern und Schwierigkeiten bei hohen Rotationsfrequenzen unterworfen und bewirken, daß ein Hauptvorteil des Laser-Gyroskops, nämlich keine bewegende Teile zu besitzen, dabei verloren geht. Es wurden Polarisierungsverfahren vorgeschlagen, um die Rückstreueffekte zu verringern, hierdurch werden jedoch anisotropische Effekte in den Ring eingefügt, die wiederum Nullpunkt-Verschiebe- oder -wanderungsfehler hervorrufen.

Im allgemeinen sind Nullpunkt-Verschiebe- und Frequenz-Mitziehfehler bei Gaslasern besonders schwerwiegend. Die meisten bekannten Laser-Gyroskope unterliegen diesen nachteiligen Einflüssen, da sie als aktives Medium eine He/Ne-Gasmischung verwenden, um die Verstärkungscharakteristiken zu erzielen, die für einen Einzelmode-Betrieb erforderlich sind, der normalerweise benötigt wird. Es wurden Versuche unternommen, die beiden Strahlen dadurch zeitweilig zu trennen, daß die Strahlen mit schwacher Modulation gepulst werden. Die Strahlen stimmen dann nur im Hohlraum für einen begrenzten Bereich überein, und die Streueffekte sind deshalb verringert. Derartige Versuche haben die Betriebseigenschaften des Laser-Gyroskops nicht wesentlich verbessert, und die Lock-in-Schwellwerte wurden nur geringfügig verringert. Spezielle Nachteile dieser Bemühungen bestehen darin, daß die gestreute und andere Strahlung in dem Kreis nicht ausreichend reduziert ist, und daß die Punkte, an denen die Impulse übereinstimmen, mit der Ro-

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tationsfrequenz variieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ringlaser zu schaffen, der zur Verwendung in einer Rotationsmeßanordnung geeignet ist, in der einige der genannten Schwierigkeiten beseitigt sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Ringlaser einen geschlossenen optischen Schleifenpfad, eine Laseranordnung, die in dem geschlossenen Schleifenpfad vorgesehen und derart ausgebildet ist, daß sie in gespeistem Zustand eine elektromagnetische Strahlung erzeugt, die eine Vielzahl von Longitudinal-Moden erzeugt, die sich In entgegengesetzten Richtungen um den geschlossenen Schleifenpfad fortpflanzen, der Ringlaser enthält ferner eine Einrichtung zur Amplitudenmodulierung der Strahlung, um sich in entgegengesetzten Richtungen ausbreitende Impulse zu erzeugen, wobei der Modulationsgrad derart gewählt ist, daß im wesentlichen die gesamte,in der geschlossenen Schleife umlaufende Strahlung in die sich gegensinnig ausbreitende Impulse einbezogen ist.

Es sei bemerkt, daß in der erfindungsgemäßen Anordnung ein Teil der Strahlung sich längs eines Bereichs der geschlossenen Schleife ausbreiten kann und nicht in einem der Impulse enthalten sein muß. Gemäß der Erfindung wird eine derartige Strahlung jedoch gedämpft und wandert nicht wiederholt in der geschlossenen Schleife um. Um dieses Ergebnis zu erzielen, muß der Modulationsgrad ausreichend groß sein, um sicherzustellen, daß die in den Impulsen nicht enthaltene Strahlung hohen Verlusten ausgesetzt ist, die die Systemverstärkung für eine derartige Strahlung auf einen Wert unter 1 bringen. «

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Die Laseranordnung besitzt bevorzugt ein Festkörpermedium, das geeigneterweise aus einem Stab eines mit Neodym dotierten Yttrium-Aluminium-Granat besteht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Einrichtung zur Modulation der Strahlung zwei optische Modulatoren, die in dem geschlossenen Pfad bezüglich der Laseranordnung unsymmetrisch angeordnet sind und derart synchron betreibbar sind, daß zwei Punkte in dem geschlossenen Pfad definiert werden, an denen die sich gegensinnig ausbreitenden Impulse einander kreuzen.

Die Kreuzungspunkte sind in dem geschlossenen Schleifenpfad bevorzugt bei gleichen effektiven Abständen von der Laseranordnung angeordnet.

Bevorzugt wird an den Kreuzungspunkten keine optische Komponente in dem geschlossenen Schleifenpfad angeordnet, und es werden alle optischen Komponente in dem geschlossenen Schleifenpfad" durch einen Abstand längs des Pfads voneinander getrennt, der nicht kleiner als die Länge der sich gegensinnig ausbreitenden Impulse ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellen die beiden optischen Modulatoren akustische Oberflächenwellen-Anordnungen dar.

Gemäß einer bevorzugten Anwendung der Erfindung ist eine Einrichtung vorgesehen, um einen Teil der in den umlaufenden Impulsen vorhandenen Strahlung abzuzweigen, und es ist ein,--weiterer optischer geschlossener Schleifenpfad vorgesehen, um den die abgezweigten Teile der Impulse umlaufen; vorgesehen ist ferner einer Detektoreinrichtung, die an

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einem Punkt in dem weiteren, optischen geschlossenen Schleifenpfad angeordnet ist, an dem die abgezweigten Teile der Impulse einander kreuzen, wobei die Detektoranordnung die Frequenzdifferenz zwischen der in den Teilen der entsprechenden Impulse enthaltenen Strahlung wahrnimmt oder feststellt.

Im folgenden v/erden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ringlasers;

Fig. 2 eine Einzelheiten zeigende schematische Darstellung des Ringlasers;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Wirkung der gestreuten Strahlung in dem Ringlaser;

Fig. 4 eine weitere schematische Darstellung der Wirkung der gestreuten Strahlung im Ringlaser; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Ringlasers, der eine Detektoranordnung aufweist und als Rotationsmeßanordnung geeignet ist.

Der in Fig. 1 dargestellte Ringlaser enthält einen optischen geschlossenen Schleifenpfad 1 in Form eines gleichzeitigen

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Dreiecks, das an den Scheiteln durch drei dielektrische Spiegel 2, 3 und 4 begrenzt ist. In einem Schenkel des Dreiecks befindet sich ein mit Nd dotierter Yttium-Aluminium-Granat-Laserstab 5 (Y.A.G.-Laserstab), der durch eine geeignete Pumpeinrichtung 6 gespeist wird und eine kontinuierliche Schwingungsemission besitzt. In einem anderen Schenkel des Dreiecks sind zwei optische Modulatoren 7 und 8 angeordnet, die durch geeignete Treibereinrichtungen 18 gesteuert sind.

In Abwesenheit irgendeiner Aktivierung der Modulatoren 7 und 8 liefert der Laser 5 zwei kontinuierliche gegensinnige Lichtstrahlen, die um den dreieckförmigen Pfad 1 umlaufen und während dieses Prozesses durch die Spiegel 2, 3 und 4 reflektiert werden. Diese Strahlen setzen sich aus einer Anzahl von Longitudinal-Moden zusammen, die einen Frequenzabstand von C-L besitzen, wobei L die effektive Länge des dreieckförmigen Pfads 1 ist. Während die Modulatoren 7 und 8 nicht in Betrieb sind, besteht keine feste Phasenbeziehung zwischen den verschiedenen Moden, und die resultierende Schwebungsfrequenz (beat frequency), die erzeugt wird, wenn das Gerät einer Drehung ausgesetzt ist, wird fluktuieren oder schwanken.

Gemäß der Erfindung sind die Modulatoren 7 und 8 mit einer Modulations-Tastfrequenz betreibbar, die ungefähr gleich dem Moden-Frequenzabstand C/L ist, und es stellt sich das Ergebnis ein, daß eine periodische Kurvenform den sich ausbreitenden Lichtwellen eingeprägt wird. Als Ergebnis einer derartigen Amplitudenmodulation ergibt sich, daß lediglich diejenigen ausbreitungsfähigen Moden zugelassen werden, die Harmonische einer Grundmode (fundamental mode) sind, die

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eine Weilenlänge besitzt, die gleich der effektiven Länge des geschlossenen Pfades ist, um um die Schleife umzulaufen. Die kontinuierlich sich ausbreitenden Wellen sind daher in relativer Phase verriegelt (locked). Ein weiterer Effekt der Amplitudenmodulation besteht darin, daß die sich ausbreitende Strahlung veranlaßt wird, Impulse auszubilden, die um die Schleife mit einer Periode umlaufen, die gleich der Modulations-Tastfrequenz C/L ist. Üa dies ebenfalls die Laufzeit der Strahlung ist, um in der geschlossenen Schleife.umzulaufen, so sind zu Jedem beliebigen vorgegebenen Zeitpunkt zwei Impulse vorhanden, die sich in entgegengesetzten Richtungen in der Schleife ausbreiten. Obwohl die Phasenverriegelung und die Impulsausbildung mit einem ziemlich kleinen Modulationsgrad erfolgen, verleihen die Modulatoren 7 und 8 derjenigen Strahlung, die an den Modulatoren mit den umlaufenden Impulsen außer Takt ankommen, eine starke Modulation, d.h. einen hohen Verlust. Dieser Verlust muß ausreichend groß sein, um sicherzustellen, daß die außer Takt befindliche Strahlung ein System mit einer Verstärkung von weniger als 1 vor sich sieht und daher nicht wiederholt um die geschlossene Schleife umläuft. Aufgrund der Sättigung des Verstärkungsmediums besitzt die maximale Systemverstärkung beim höchsten Ausgangspegel den Wert 1, und folglich stellt diejenige Strahlung in den Impulsen, die diese maximale Verstärkung erfährt, die einzige Strahlung dar, die kontinuierlich in der geschlossenen Schleife aufrechterhalten ist.

Gemäß Fig. 2 stellen die Modulatoren 7 und 8 akustische Oberflächenwellen-Anordnungen dar und sind voneinander durch einen Abstand d getrennt. Die jeweiligen Abstände zwischen den verschiedenen Komponenten in dem geschlossenen

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Schleifenpfad 1, wie in Fig. 2 dargestellt, sind wichtig. Die notwendigen Beschränkungen, denen die Trennabstände unterliegen, wird in der folgenden Erläuterung einiger Situationen verdeutlicht, bei denen gestreute Strahlung erzeugt wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß jegliche gestreute Strahlung, die die Modulatoren 7 und 8 aus den beiden Richtungen gleichzeitig mit den Impulsen erreicht, durch die Modulatoren nicht gedämpft wird, und sofern eine derartige gestreute Strahlung vom entgegengesetzten Impuls herrührt, so ergibt sich als ein Resultat eine Kopplung zwischen der gegensinnigen Strahlung, die zu einer Erhöhung des Lock-in-Schwellwerts führt.

Es soll nunmehr die Wirkung eines optischen Bauelements, z.B. eines Spiegels, Modulators oder Lasermaterials betrachtet werden, das an einem der Punkte 9 und 10 angeordnet ist, an denen sich die Impulse kreuzen, wie durch den Synchronbetrieb der Modulatoren definiert wird. Fig. 3a zeigt zwei streufreie Impulse 20 und 21, die sich einem derartigen Bauelement 22 annähern. Wenn die Impulse 20 und 21 sich kreuzen (Fig. 3b), wird Licht von den Streupunkten in dem Bauelement 22 reflektiert, wodurch veranlaßt wird, daß gestreutes Licht sich in der entgegengesetzten Richtung des Impulses 20 oder 21 ausbreitet, von dem das gestreute Licht herrührt, und dabei mit dem gegensinnigen Impuls (Fig. 3c) zusammenfällt oder koinzidiert. Dieser Prozeß bewirkt eine starke Kopplung zwischen den Impulsen, die durch die Modulatoren 7 und 8 nicht beseitigt werden kann. Die erste Bedingung, die die Stellung der optischen Komponenten oder Bauelemente einschränkt, besteht also darin, daß kein Bauelement an einem der Kreuzungspunkte 9 und 10 angeordnet sein soll. Es sei bemerkt,

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daß sich eine derartige Bedingung mit einem einzigen Modulator nicht erfüllen läßt, da der eine Kreuzungspunkt dann unvermeidlich innerhalb dem Modulationsmaterial zu liegen kommt.

Sine weitere Quelle für gestreute Strahlung, die mit den Impulsen umlaufen kann, stellt diejenige Strahlung dar, die durch Streuung zuvor gestreuter Strahlung erzeugt wird. Fig. 4a zeigt einen Impuls 26 der räumlichen Länge 1, der sich zwei optischen Komponenten 27 und 28 annähert, die durch einen Abstand r voneinander getrennt sind, wobei r ^. i/o· Die Strahlung 29, die durch die erste Komponente

27 gestreut ist (Fig. 4b) breitet sich in der dem Impuls 26 entgegengesetzten Richtung aus und wird bei den Modulatoren 7 und 8 gedämpft. In ähnlicher Weise wird ein gewisser Teil der Strahlung 30 von dem zv/eiten Bauelement

28 gestreut und in ähnlicher V/eise bei den Modulatoren 7 und 8 gedämpft. Ein Teil der von der zweiten Komponente 28 gestreuten Strahlung wird jedoch an der Rückseite der ersten Komponente 27 erneut gestreut (Fig. 4c) und breitet sich anschließend mit dem Impuls 26 aus. Fig. 4d zeigt die resultierende Gestalt des Impulses 26, der einen Bereich 31 aufweist, in dem die erneut gestreute Strahlung den Inpuls 26 überlappt, enthalten ist ferner ein "Schwanz¹¹-Bereich 32 von gestreuter Strahlung. Der Schwanzbereich 32· wird bei den Modulatoren 7 und 8 gedämpft, der Überlappungsbereich 31 läuft jedoch mit dem Impuls 26 um und bewirkt ein Interferenzrauschen. Die zweite Bedingung, die die Stellung der optischen Bauelemente beschränkt, besteht also darin, daß alle Bauelemente voneinander einen Abstand besitzen sollen, der nicht kleiner als die halbe räumliche Länge der Impulse ist.

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'ε ,τ"·.-; bemerkt_, daß die Streuzentren in dem Laserstab 5 -Ju¹L- I.-i den Modulatoren 7 und 8 unvermeidbar enger als >ue a. Iο2 räimliche Länge der Impulse liegen. Ferner "tritt

•.is .L:-euz-Koppeln der gegensinnigen Strahlung prinzipiell .'.:; rjlchtlinearen Bereichen im Pfad 1 auf, die insbesondere .urch die Modulations- und die Lasermedien gebildet werden.

.5 JL.-/I: daher wesentlich, daß der Laserstab 5 und die Modu-" iitoron 7 und S so kurz wie möglich sind, um einmal die ■ lizahL der Streuzentren auf ein Minimum zu reduzieren, und ■Zi das Ausmaß der nichtlinearen Bereiche des Pfads ebenfalls .-uf ein riininum zu bringen. In dieser Hinsicht gestattet

-^j3 Fectkörperlasermedium, das aus einem mit Neodym dotierten Y.A.G.-Lasermedium besteht, eine bedeutende Ver-

j.iP-^rung der Länge des Lasermediums im Vergleich zu Gaso.asern vergleichbarer Verstärkung.

• ",in weiterer Punkt, der bei der Positionierung der Komponenten in dem geschlossenen Pfad 1 beachtlich ist, besteht darin, daß die Impulse am Lasermedium in gleichen Intervallen ankommen sollen. Dies ist erforderlich, da andernfalls die in einer Richtung umlaufenden Impulse eine stärker verarmte Verstärkungszone antreffen als die in der anderen Richtung umlaufenden Impulse, was evtl. zu einer Auslöschung einer der Impulse führen kann. Um diese Forderung zu erfüllen, sind die Modulatoren derart angeordnet, daß die Kreuzungspunkte 9 und 10 vom Laserstab 5 optisch äquidistant sind. Die Impulse kommen dann am Lasermedium in gleichen Intervallen an, die einer halben Umlaufzeit entsprechen.

Die verschiedenen Trennabstände der Bauelemente oder Komponenten sind in der Abstandsgröße d dargestellt, die die

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Modulatoren 7 und 8 voneinander trennt. Diese Trennabstände erfüller alle oben angegebenen Bedingungen. Die Länge eines Schenkels oder Arms der Schleife in Form eines gleichzeitigen Dreiecks ist daher Ad, die Modulatoren 7 und 8 werden für eine Zeitperiode von 2d/C effektiv für Strahlung geöffnet (d.h. stellen geringe Verluste dar), sie werden gleichzeitig geöffnet, und die Tast- oder Wiederholfrequenz beträgt C/12d, wie oben erläutert wurde. Diese Dimensionierung ergibt eine räumliche Impulslänge von d.

Gemäß Fig. 5 ist eine Detektoranordnung 11 dem Ringlaser zugefügt, um die Verwendung des Ringlasers als Gyroskop zu gestatten. Der Spiegel 2 gemäß Fig. 2 wird durch einen teilweise reflektierenden Spiegel 12 ersetzt, der ermöglicht, daß ein kleiner Prozentsatz der Impulsstrahlung in einen Pfad 13 der Form eines gleichzeitigen Dreiecks der Seitenlänge d laufen kann, wobei dieser Pfad durch den teilreflektierenden Spiegel 12, einen dielektrischen Spiegel

14 und einen Frequenzdifferenzdetektor 15 definiert ist. Die gegensinnigen Impulse laufen durch den Spiegel 12 hindurch, kreuzen sich am Punkt 16, an welchem der Detektor

15 angeordnet ist, wodurch eine Schwebungsfrequenzmessung möglich wird, aus der die Rotationsfrequenz, und bei Integration auch der Rotationswinkel abgeleitet werden kann.

Es sei bemerkt, daß die Konstanz der Lagen der Kreuzungspunkte 9, 10 und 16 von primärer Wichtigkeit ist, da diese Konstanz nicht nur deshalb erforderlich ist, um die bekannten Bedingungen zur Unterbindung von Streuungen zu erfüllen, sondern da diese Konstanz auch gestattet, die Position des Detektors 15 konstant und genau zu halten.

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Wenn das Gerät während des Betriebs einer Rotation unterworfen ist, besteht eine Differenz zwischen den scheinbaren Geschwindigkeiten der gegensinnig umlaufenden Impulse, und der Impuls aus einer Richtung wird daher an den Modulatoren 7 und 8 ankommen, bevor der korrespondierende Impuls aus der anderen Richtung ankommt, mit dem Ergebnis, daß der "Kopf" des schnelleren Impulses oder der "Schwanz" des langsameren Impulses bei den Modulatoren gedämpft wird, entsprechend der Impulsfrequenz, von der die Modulations-Tastfrequenz abgeleitet ist. Diese Dämpfung wird in dem System automatisch durch eine entsprechende äquivalente Verlängerung des Kopfes desjenigen Impulses kompensiert, dessen Schwanz gedämpft wird bzw. des Schwanzes desjenigen Impulses, dessen Kopf gedämpft wird. Aufgrund der festen Zeitperiode, während der die Modulatoren einen Verlust bewirken, der klein genug ist, daß er durch das verstärkende Medium überwunden wird. Die Kreuzungspunkte und die Impulslänge bleibt daher im wesentlichen konstant, selbst wenn das Gerät sehr hohen Rotationsfrequenzen ausgesetzt wird.

Typischerweise beträgt die Länge eines Schenkels des dreieckförmigen Pfads 1 ungefähr 200 mm, und da die für einen Laserstrahl erforderliche Zeit zum Umlaufen um die gesamte Länge des Dreieckspfades 1 ungefähr 2 Nanosekunden beträgt, stellt eine Frequenz von 500 MHz eine geeignete Modulationsfrequenz dar. Der Modulationsgrad soll mindestens 90% betragen. Die maximale Länge des Laserstabs 5 soll kleiner als 1/4 des Abstands zwischen den Spiegeln 2 und 3 sein, d.h. der Abstand d soll kleiner als 50 mm sein. In der Praxis eignet sich ein Y.A.G.-Laserstab 5 mit einer Länge von 25 mm, wenn der Abstand zwischen den Modulatoren 7 und 45 mm beträgt und eine Pulslänge von mehr als 100 ps verwendet wird, wobei ein Raum für andere Einschränkungen gelassen ist. Der Durchmesser des Laserstabs 5 beträgt geeig-

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neterweise etv/a 3 mm, wobei dieser Wert einen Kompromiß darstellt, da einerseits der Durchmesser möglichst klein sein soll, um die Schwellwert-Eingangsenergie zur Erzeugung der Laseroszillation möglichst klein zu halten, und da andererseits die Verwendung eines Laserstabs mit größerem Durchmesser die optische Kopplung zwischen einer Fumplanpe und dem Laserstab 5 erleichtert.

ReRb/Pi.

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Claims

Patentansprüche:

Ringlaser, der einen geschlossenen optischen Schleifenpfad, und eine Laseranordnung in dem geschlossenen Schleifenpfad aufweist, wobei die Laseranordnung in gespeistem Zustand elektromagnetische Strahlung erzeugt, die mehrere longitudinal-moden besitzt, die in entgegengesetzten Richtungen in dem geschlossenen Schleifenpfad umlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (7, 8) vorgesehen sind, um eine Amplitudenmodulation auf die Strahlung auszuüben und sich gegensinnig ausbreitende Impulse zu erzeugen, daß der Modulationsgrad derart gewählt ist, daß im wesentlichen die gesamte, in dem geschlossenen Schleifenpfad (1, 2, 3, 4) umlaufende Strahlung in den gegensinnig sich ausbreitenden Impulsen enthalten ist.
2. Ringlaser nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (7, 8) zur Modulation der Strahlung zwei optische Modulatoren (7, 8) aufweisen, die bezüglich der Laseranordnung (5) unsymmetrisch in dem geschlossenen Schleifenpfad (1, 2, 3» 4) angeordnet sind und derart synchron arbeiten, daß sie in dem geschlossenen Pfad (1) zwei Punkte (9, 10) festlegen, an denen sich die gegensinnig ausbreitenden Impulse kreuzen.

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ORIGINAL INSPECTED

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3. Ringlaser nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzungspunkte (9, 10) in dem geschlossenen Pfad (1) in gleichen effektiven Abständen von der Laseranordnung (5) angeordnet sind.
4. Ringlaser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Modulatoren als akustische Oberflächenwellen-Anordnungen ausgebildet sind.
5. Ringlaser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Schleifenpfad (1) als gleichseitiges Dreieck ausgebildet ist.
6. Ringlaser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem geschlossenen Schleifenpfad (1) kein optisches Bauelement an einem Punkt angeordnet ist, an dem sich die gegensinnig ausbreitenden Impulse kreuzen.
7. Ringlaser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle optischen Bauelemente in dem geschlossenen Schleifenpfad (1) voneinander in einem Abstand längs des Pfades (1) angeordnet sind, der nicht kleiner als die Länge eines der gegensinnig umlaufenden Impulse ist.

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8. Ringlaser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (12, 14, 15, 16) vorgesehen sind, um einen Teil der in den umlaufenden Impulsen enthaltenen Strahlung abzunehmen, daß eine weitere geschlossene Schleife (11) vorgesehen ist, in der die abgenommenen Teile der Impulse umlaufen, daß ein Detektor (15) an einer derartigen Stelle in der weiteren geschlossenen Schleife (11) angeordnet ist, an der sich die abgenommenen Teile der Impulse kreuzen, und daß der Detektor (15) die Frequenzdifferenz zwischen der in den Anteilen der entsprechenden Impulse enthaltenen Strahlung wahrnimmt oder nachweist.
9. Ringlaser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laseranordnung (5) ein Festkörpermedium besitzt.
10. Ringlaser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laseranordnung (5) als ein Stab aus einem mit Neodym dotierten Yttrium-Aluminium-Granat ausgebildet ist.

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