DE2800869A1

DE2800869A1 - Optisches ausgangssystem fuer ringlaser-drehgeschwindigkeitsmesser

Info

Publication number: DE2800869A1
Application number: DE19782800869
Authority: DE
Inventors: James Bartley Matthews
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1977-01-10
Filing date: 1978-01-10
Publication date: 1978-07-13
Also published as: FR2377027B1; IT1103568B; IT7847565A0; GB1550579A; FR2377027A1; DE2800869C2; JPS6138635B2; JPS5387691A; CA1088657A

Description

München, den 9· Januar 197Ö /J Anwalteaktenz.: 27 - Pat. 190

Raytheon Company, ΐΛΐ Spring Street, Lexington, Hass. Vereinigte Staaten von Amerika

02173,

Optisches Auegangssystem für Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser.

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Ausgangssystem für Ringlaser-Drehgeschwindigkeitemesser, insbesondere von Ringlasern, bei welchen vier Wellen jeweils unterschiedlicher Frequenz in dem Ringlaserraum angeregt werden. Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf das optische Ausgangssystem zur Ableitung eines Teiles der sich im Ringlaserraum ausbreitenden und umlaufenden Strahlung, so daß hieraus Ausgangssignale abgeleitet werden, welche die Frequenzdifferenz zwischen Wellenpaaren innerhalb des Ringlaserraumes repräsentieren, die jeweils gleichen Polarisationssinn besitzen.

Im allgemeinen handelt es sich bei Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessern um Geräte, bei welchen zwei oder mehrere Wellen in zueinander entgegengesetzten Richtungen sich in einem Lasermedium

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ausbreiten und umlaufen, so daß sich bei einer Drehung des gesamten Systems die Umlaufzeit für die sich in entgegengesetztem Sinne rundum ausbreitenden Wellen je nach Drehgeschwindigkeit und Größe der Drehung unterscheidet. Bei Systemen, in welchen im wesentlichen nur zwei Wellen vorhanden sind, hat es sich gezeigt, daß bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten entsprechend einem kleinen theoretischen Frequenzunterschied die tatsächlich am Ausgang auftretende Frequenzdifferenz Null ist oder wesentlich kleiner ist, als zu erwarten wäre, was auf einer Erscheinung beruht, welche als Zusammenwandern der Frequenzen oder "lock-in" bezeichnet wird. Man vermutet, daß die Erscheinung des Zusammenwanderns der Frequenzen oder des "lock-in" auf einer Kopplung zwischen den Wellen beruht, die ihre Ursache in einer Anzahl möglicher Faktoren haben kann, darunter auch der Rückstreuung von Laserenergie von Elementen innerhalb des Laser-Ausbreitungsweges, etwa von Spiegeln oder von Bauteilen, welche ein Polarisationsdispersionsverhalten aufweisen oder von Streuzentren innerhalb des Lasermediums selbst.

Man hat bereits seit längerer Zeit versucht, diese Schwierigkeit zu beseitigen. Ein Vorschlag bestand darin, die beiden Wellenstrahlen gegenüber dem Null-Ausgangspegel bei der Drehung Null durch Verwendung eines Faradayrotators vorzuspannen, wobei der Faradayrotator den sich in unterschiedliche Richtungen ausbreitenden Wellenstrahlen eine jeweils unterschiedliche Verzögerungszeit aufprägt. Ungünstigerweise bewirkt eine einfache Vorspannung der beiden Wellenstrahlen in solchem Maße, daß sie ausreichend stark voneinander getrennt werden, um ein Zusammenwandern der Frequenzen oder ein "lock-in" zu vermeiden, einen großen Frequenzunterschied zwischen den beiden Wellenstrahlen, welcher tatsächlich so beträchtlich ist, daß die durch normale Drehgeschwindigkeiten verursachte Frequenzänderung im Vergleich zum gesamten Frequenzunterschied vollständig unbedeutend bleibt. Jede kleine Drifterscheinung würde daher das gewünschte Ausgangssignal überdecken. Weiter wurde versucht, eine Trennung der Wellenstrahlen voneinander dadurch zu erreichen, daß unter Verwen-

dung einer symmetrischen Wechselstrom-Schaltwelle der Faradayrotator abwechselnd einmal in die eine und dann in die andere Richtung geschaltet wurde. Diese Systeme ließen sich jedoch praktisch nur unter Schwierigkeiten verwirklichen, da die Genauigkeit der Symmetrie der Wechselstrom-Schaltwelle über einem Wert von 1 : 10 gehalten werden muß.

Mit am zufriedenstellendsten arbeiten Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser, bei welchen vier Wellen in zwei Paaren von Wellen oder Strahlen in jeweils entgegengesetzter Richtung umlaufen. Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser dieser Art sind in den US-Patentschriften 3 7^1 657 und 3 854 8l9 beschrieben. Bei Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessern dieser Bauart wird eine zirkuläre Polarisation der vier Wellen verwendet. Das im Uhrzeigersinn sich durch den geschlossenen Übertragungsweg ausbreitende Wellenpaar und das im Gegenuhrzeigersinn umlaufende Wellenpaar enthalten jeweils sowohl linkszirkularpolarisierte Wellen als auch rechtszirkularpolarxsierte Wellen.

Es sind zwei eine Vorspannung oder Frequenzaufspaltung bewirkende Bauteile vorgesehen. Eines dieser Bauteile hat beispielsweise die Gestalt eines Kristallrotators und erzeugt eine Verzögerung, welche für zirkularpolarisierte Wellen des einen Polarisationssinnes eine andere Größe hat als für "zirkularpolarisierte Wellen des entgegengesetzten Polarisationssinnes. Die Verzögerungswirkung dieses Bauteiles ist reziprok. Das bedeutet, daß eine Welle einer bestimmten Polarisation, welche den Kristall in der einen Richtung durchläuft, um die gleiche Zeit verzögert wird wie eine im entgegengesetzten Sinn den Kristall durchlaufende Welle desselben Polarisationssinnes. Das zweite im geschlossenen Übertragungsweg liegende Bauteil ist beispielsweise ein Faradayrotator. Dieses Bauteil ist nicht reziprok und prägt Wellen unabhängig von ihrem Polarisationssinn jeweils abhängig von der Richtung der Ausbreitung durch den Rotator eine jeweils unterschiedliche Verzögerungszeit auf.

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Bei derartigen Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessern ist es notwendig, einen bestimmten Teil der im Ringlaserraum umlaufenden Wellenstrahlen auszukoppeln oder abzuleiten, um zwei Ausgangssignale zu erzeugen, von denen jedes dem Unterschied der Frequenzen von Wellenpaaren entspricht, die innerhalb des Ringlaserraumes denselben Richtungssinn der zirkulären Polarisation besitzen. Zu diesem Zwecke ist es wünschenswert, an einem bestimmten Punkt innerhalb des optischen Ausgangssystems die beiden Wellenstrahlen derart zu vereinigen, daß sich zwei neue Strahlen ergeben, welche jeweils die Wellen desselben RSLarisationssinnes enthalten.

Bisher bekannte optische Ausgangssysteme zur Trennung, Kombination und Auswertung der Ausgangssignale waren in mechanischer Hinsicht unhandlich, bedingten einen Verlust an Signalenei$Le und nahmen keine vollständige Trennung der Wellen unterschiedlichen Polarisationssinnes vor, so daß sich am Detektorausgang ein Übersprechen bemerkbar machte. Wegen des Verlustes an Signalenergie innerhalb des optischen Ausgangssystems mußten bisher große Anteile der Ausgangsenergie aus dem Ringlaserraum entnommen werden, weshalb von dem Lasermedium eine höhere Leistung oder ein höherer Verstärkungsgrad zur Verfügung gestellt werden mußte. Die mechanische Aufwendigkeit der bekannten Systeme machte diese für viele Anwendungsfälle schlecht geeignet oder ungeeignet. Nachdem ferner die verschiedenen Einzelteile innerhalb des optischen Ausgangssystems nicht in unmittelbarem körperlichen Zusammenhang standen, entstanden oft Probleme aufgrund einer fehlerhaften Ausrichtung zwischen den Teilen sowie auch aufgrund von Drifterscheinungen. Auch war es bei vielen Konstruktionen nicht möglich, zwei auf einem einzigen Chip oder Scheibchen gebildete Dioden als Ausgangsdetektoren zu verwenden, um Dioden mit nahezu identischen Eigenschaften zur Verfügung zu haben.

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Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, ein optisches Ausgangssystem für Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser in solcher Weise auszubilden, daß es mechanisch widerstandsfähig und kompakt ist und einen guten Wirkungsgrad besitzt.

Ausgehend von einem optischen Ausgangssystem für Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser mit einem Lasermedium, einer ein Polarisationsdispersionsverhalten aufweisenden Einheit zur Erzeugung kontinuierlicher Wellen mit mindestens vier verschiedenen Frequenzen und einer Anzahl von Reflektormitteln, welche für die genannten Wellen einen in sich geschlossenen Übertragungsweg bilden, wobei mindestens eines dieser Reflektormittel für die eintreffenden Wellen teildurchlässig ist, wird die soeben genannte Aufgabe gelöst durch einen Strahlaufspalter, ferner durch Einrichtungen zum Hinlenken der von dem teildurchlässigen Reflektormittel durchgelassenen Wellenstrahlung auf einen gemeinsamen Punkt des Strahlaufspalters, wobei die Wellenstrahlung an diesem Punkt teilweise durchgelassen und teilweise reflektiert wird, sowie durch zwei Detektoreinrichtungen, von denen die erste so angeordnet ist, daß sie mindestens einen Teil der an dem gemeinsamen Punkt des Strahlaufspalters von diesem durchgelassenen Wellenstrahlung empfängt, während die zweite Detektoreinrichtung so angeordnet ist, daß sie mindestens einen Teil der an dem gemeinsamen Punkt des Strahlaufspelters reflektierten Wellenstrahlung empfängt·

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des soeben charakterisierten optischen Ausgangssystems sind Gegenstand der anliegenden Unteransprüche, deren Inhalt hierdurch zum Bestandteil der Beschreibungseinleitung gemacht wird, wobei der Wortlaut zur Vereinfachung und Verkürzung der Beschreibung nicht nochmals wiederholt werden soll.

Sin besonderer Vorteil des vorgeschlagenen Systems besteht darin, daß sämtliche Teile unmittelbar mechanisch miteinander ver-

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bunden werden können, so daß eine Fehlauerichtung und Driftprobleme vermieden werden.

Es zeigt sich weiter, daß mit dem hier vorgeschlagenen optischen Ausgangssystem die verfügbare Ausgangs-Signalenergie maximal aus genützt wird.

Auch können die innerhalb des Hinglaserraumes mit gleichem Polarisationssinn unlaufenden Wellen von den jeweils anderen Wellenpaaren vollständig getrennt werden, so daß ein Übersprechen zwischen den beiden an den Detektoreinrichtungen auszuwertenden Ausgangssignalen beseitigt wird und ein stabileres und rauschfreies Nutzsignal erhalten wird.

Schließlich können die beiden als Detektoreinrichtungen verwendeten Dioden des optischen Ausgangssystems auf einem einzigen Halbleiterscheibchen gebildet werden.

In den nachfolgenden. Ausführungen wird der Ausdruck "Welle" für eine einzige elektromagnetische Erscheinung verwendet, welche sich in einer Richtung ausbreitet, während der Ausdruck "Wellenstrahlung" zwei oder mehrere derartige Wellen bezeichnen soll, die sich in ein und derselben Richtung längs des geschlossenen Übertragungsweges ausbreiten. Das hier vorgeschlagene System kann auch Mittel zur Umwandlung der zirkulären Polarisation der Wellen in eine lineare Polarisation enthalten, wobei diese Mittel auf dem Wege der reflektierten und der durchgelassenen Wellen angeordnet sind, welche den Strahlaufspalter verlassen und weiter können Polarisationsmittel auf dem Weg der Wellen angeordnet sein, welche in eine lineare Polarisation umgesetzt worden sind und welche von den Mitteln zur Umwandlung der Polarisation ausgehen. Schließlich sind die Detektoreinrichtungen so angeordnet, daß sie die Wellen empfangen, welche von den Polarisatoren austreten. Vorzugsweise sind vier Wellen vorgesehen, von welchen zwei Wellen innerhalb des Ringlaserraumes eine zirkuläre Polarisation eines ersten Polarisationssinnes besitzen

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und zwei weitere Wellen innerhalb des Ringlaserraumes eine zirkuläre Polarisation mit dem jeweils anderen Richtungssinn aufweisen. Eine jeweils erste des Wellenpaares mit dem ersten Richtungssinn der Zirkularen Polarisation und eine jeweils erste des Wellenpaares mit dem zweiten Richtungssinn der zirkulären Polarisation laufen in dem geschlossenen Übertragungsweg des Ringlaserraumes in einer ersten Richtung um, während die jeweils andere Welle des genannten Wellenpaares mit dem ersten Richtungssinn der Zirkularen Polarisation und die jeweils andere Welle des Wellenpaares mit dem zweiten Richtungssinn der zirkulären Polarisation sich in der entgegengesetzten Richtung rund um den geschlossenen Übertragungsweg des Ringlaserraumes ausbreiten. Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform des hier vorgeschlagenen optischen Ausgangssystems sind das teildurchlässige Reflektormittel, der Strahlaufspalter, die Mittel zur Führung der Wellenstrahlung und die Einrichtungen zur Umwandlung der Polarisation mechanisch miteinander verbunden und als starre Einheit ausgebildet. Die Detektoreinrichtungen und die Polarisatoren können ebenfalls Teil der Einheit bilden. Das teildurchlässige Reflektormittel kann ein mehrschichtiger dielektrischer Spiegel sein, welcher einen durchlässigen Träger aufweist. Bei den Mitteln zur Umwandlung der Polarisation handelt es sich vorzugsweise um eine Viertelwellenplatte, während die Mittel zur Führung der Wellenstrahlung vorzugsweise ein Retroprisma sind.

Ein optisches Ausgangssystem für Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser mit einem Ringlaserraum, welcher ein Lasermedium, eine Polarisationsdispersionseigenschaften aufweisende Einheit zur Erzeugung von vier Wellen mit mindestens vier verschiedenen Frequenzen und eine Anzahl von Reflektoren enthält, die so angeordnet sind, daß sich ein geschlossener Übertragungsweg bildet, in welchem sich die Wellen ausbreiten können, kann auch in der Weise aufgebaut sein, daß ein durchlässiger Träger vorgesehen ist, welcher auf einer ersten Oberfläche, die eines der Reflektormittel für die im Ringlaserraum sich ausbreitenden Wellen bildet, eine Anzahl von dielektrischen Schichten trägt. Auf einem

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Teil einer zweiten Oberfläche des Trägers befindet sich ein Strahlaufspalter an einer Stelle, von welcher eine erste Wellenstrahlung von dem durchlässigen Träger ausgeht und über dem Strahlaufspalter liegt eine Viertelwellenplatte und ein Prisma mit einer der Viertelwellenplatte gegenüberliegenden ersten Prismenfläche, wobei das Prisma zwei Flächen besitzt, von welchen mindestens Teile der soeben genannten ersten Prismenfläche reflektierend gegenüberliegen und gegenüber dieser ersten Prismenfläche geneigt sind. Schließlich sind zwei Polarisatoren an einer vierten, nichtreflektierenden Fläche des Prismas angeordnet und nahe diesen Polarisatoren befinden sich jeweils Detektoreinrichtungen. Die erste, von dem durchlässigen Träger ausgehende Wellenstrahlung trifft auf den Strahlaufspalter in einem vorgegebenen Punkt auf und eine zweite Wellenstrahlung, welche den durchlässigen Träger verläßt, durchläuft die Viertelwellenplatte, ohne auf den Strahlaufspalter getroffen zu sein und wird von den beiden reflektierenden Flächenbereichen des Prismas auf diejenige Stelle des Strahlaufspalters hin reflektiert, welche von dem ersten Wellenstrahl getroffen worden war. Auf diese Weise werden durchgelassene und reflektierte Wellen erzeugt, welche jeweils Wellenanteile mit sämtlichen vier Frequenzen enthalten. Eine erste durchgelassene Welle und eine erste reflektierte Welle, welche von der genannten Stelle des Strahlaufspalters ausgehen, durchlaufen den durchlässigen Träger und werden von der Rückseite der genannten dielektrischen Schichten wieder zurück durch den Träger zu der Viertelwellenplatte reflektiert und gelangen schließlich nach Reflexion an einer der reflektierenden Prismenflächen zu dem ersten Polarisator und dem ersten Detektor. Der erste Polarisator ist so orientiert, daß er nur ein ausgewähltes Paar der insgesamt vier in dem Strahl an diesem Punkt enthaltenen Wellen durchläßt. Eine zweite durchgelassene und eine zweite reflektierte Welle, welche von der genannten Stelle des Strahlaufspalters ausgehen, werden von derselben Fläche der reflektierenden Prismenflächen zu dem zweiten Polarisator und dem zweiten Detektor reflektiert. Der zweite Polari sator ist nun so orientiert, daß das jeweils andere Wellenpaar

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zu dem zweiten Detektor weitergegeben wird.

Auch bei der vorliegenden Ausführungsform stehen die Schichten aus dielektrischem Werkstoff, der Träger, der Strahlaufspalter, die Viertelwellenplatte und das Prisma mechanisch in fester Verbindung, so daß sie eine starre Einheit bilden. Es können auch noch eine zweite und eine dritte Viertelwellenplatte vorgesehen sein, wobei die zweite Viertelwellenplatte zwischen dem Prisma und dem ersten Polarisator gelegen ist, während die dritte Viertelwellenplatte sich zwischen dem Prisma und dem zweiten Polarisator befindet. Durch die Anordnung der zweiten und der dritten Viertelwellenplatte ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß eine gegenseitige Störung oder ein Übersprechen der Wellenstrahlen aufgrund einer Depolarisation an der Oberfläche der dielektrischen Schichten vermieden oder verringert wird.

Nachfolgend werden einige Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine in Blocksymbolen gezeichnete Skizze eines Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessers mit einem optischen Ausgangssystem der hier vorgeschlagenen Art,

Fig. 2 ein Diagramm des optischen Ausgangssystems, wobei die verschiedenen optischen Baueinheiten voneinander getrennt gezeigt sind,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein optisches Ausgangssystem, bei welchem sämtliche Einheiten mechanisch zu einer starren Konstruktion vereinigt sind,

Fig. k einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform des optischen Ausgangssystems und

Fig. 5 einen Schnitt durch eine nochmals andere Ausführungsforn des optischen Auegangssystems.

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessers, welcher mit einem optischen Ausgangssystem der hier vorgeschlagenen Art mit Vorteil ausgerüstet werden kann. Der Ringlaserraum 5 arbeitet in der oben angegebenen Weise und entspricht im wesentlichen den Konstruktionen nach den eingangs erwähnten Patenten. Der Ringlaserraum enthält einen in sich geschlossenen Übertragungsweg, längs welchem sich die vier vom Laser angeregten elektromagnetischen Wellen ausbreiten können. Der in sich geschlossene Übertragungsweg enthält das Lasermedium 10, Spiegel 12 und 13, eine Polarisationsdispersioneigenschaft besitzende Baueinheit l6 mit einem Kristallrotator 17 und einem Faradayrotator 18, einen weiteren Spiegel 15 und einen Ausgangsspiegel 22. Aufgrund der durch den Kristrallrotator 17 und den Faradayrotator 18 eingeführten Frequenzvorspannung oder Aufspaltung ergeben sich vier elektromagnetische Wellen mit den Frequenzen f., f , f und f., welche sich innerhalb des geschlossenen Übertragungsweges ausbreiten. Die Wellen mit den Frequenzen f. und ff zirkulieren im Uhrzeigersinn und bilden innerhalb des Ringlaserraumes 5 einen Wellenstrahl, während die Wellen mit den Frequenzen f_o und f im Gegenuhrzeigersinn umlaufen und einen zweiten Wellenstrahl bilden. Sämtliche vier Wellen besitzen vorzugsweise eine zirkuläre Polarisation, wobei die Wellen mit den Frequenzen f., und f eine zirkuläre Polarisation des einen Richtungesinnes und die Wellen mit den Frequenzen f und f. eine zirkuläre Polarisation des entgegengesetzten Richtungssinnes auf' weisen. Die Lage der Frequenzen in der Verstärkungsgradkurve des Lasermediums 10 ist aus dem Diagramm nach Figur 2 erkennbar.

Als Ausgangssignal des Systems wird eine digitale Zahl oder ein anderes Signal gewünscht, welches von einem vorbestimmten Zeitpunkt an die Gesämtdrehung wiedergibt, welche der Ringlaserrautn 5 erfahren hat oder es wird als Aus gangs signal eine Digitalzahl oder ein anderes Signal gewünscht, welches die Drehgeschwindigkeit des Laserringsraumes 5 angibt. Die Drehgeschwindigkeit errechnet eich nachfolgender Formel:

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worin Sa die Drehgeschwindigkeit um die Rotationsfühlerachse des Ringlasers, L die Gesamtlänge des Übertragungsweges, A die wirksame Fläche des von dem Übertragungsweg umschlossenen Bereiches und A die Wellenlänge der sich im Ringlaserraum 5 aus breitenden Wellen bedeuten. Die Größe der Drehung erhält man durch Integration obiger Gleichung über die Zeit hinweg.

Um das Signal zu bilden, welche die Größe oder den Winkel der Drehung angibt, ist es zunächst notwendig, Signale abzuleiten, welche den Unterschied f^ - f der Frequenzen der im Ringlaserraum umlaufenden Wellen des einen Richtungssinnes der Polarisation und welche dem Unterschied f - f der Frequenzen der im

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Ringlaserraum umlaufenden Wellen des anderen Richtungssinnes der Zirkularen Polarisation entsprechen. Es ist Aufgabe des optischen Ausgangssystems 30, die Wellenstrahlen der Frequenzen f. und f für eine Detektordiode und der Frequenzen f, und f. für die zweite Detektordiode zu kombinieren, ohne daß Anteile der jeweils anderen Wellen auf die eine bzw. die andere Diode treffen. Die Ausgangs-Signalverarbeitungsschaltung 32 wandelt die den Frequenzunterschieden der rechtssinnig und der linkssinnig zirkulär polarisierten Wellen entsprechenden Signale in eine Digitalzahl um, welche in Übereinstimmung mit obiger Gleichung die Größe oder den Winkel der Drehung angibt. Die Ausgangs-Signalverarbeitungsschaltung 32 nimmt auch Einfluß auf die Amplituden der von den beiden Detektordioden abgeleiteten Signale und erzeugt daraus ein Analogsignal zur Betätigung eines piezoelektrischen Wandlers 20 zur Aufrechterhaltung der jeweils richtigen Gesamtlänge des geschlossenen Übertragungsweges des Ringlaserraumes 5» so daß der für die beiden Wellenpaare gültige Verstärkungsgewinn im wesentlichen gleich ist. Der Betrieb der Ausgangs-Signalverarbeitungsschaltung 32 und des piezoelektrischen Wandlers 20 sind an anderer Stelle einer eingehenderen Betrachtung unterzogen worden.

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Innerhalb der Darstellung nach Figur 2 ist schematisch ein optisches Ausgangssystem der hier betrachteten Art gezeigt. Ein Ausgangsspiegel 22 bildet einen der Reflektoren, welche einen geschlossenen Übertragungsweg innerhalb des Ringlaserraumes 5 bestimmen. Der Ausgangsspiegel 22 ist zum größten Teil reflektierend und wirft etwa 99 % oder mehr der Energie der beiden eintreffenden Wellenstrahlen zurück. Ein geringer Teil jedes Ausgangswellenstrahles jedoch wird von dem Ausgangsspiegel 22 durchgelassen und tritt von der Rückseite des Spiegele in Richtung auf weitere Spiegel 40 und 4l hin aus.

Für die nachfolgenden Untersuchungen sei der Fall angenommen, daß der Durchgang einer zirkulär polarisierten Welle durch den Ausgangsspiegel 22 die Polarisation dieser Welle nicht wesentlich beeinflußt. Der durchgelassene Wellenstrahl im Gegenuhrzeigersinn umlaufender Wellen, welcher mit CCW bezeichnet ist, enthält beispielsweise die Frequenzen f und f„ mit linkssinniger und rechtssinniger zirkularer Polarisation. Wie in den kleinen Diagrammbildern innerhalb von Figur 2 gezeigt ist, ist der Polarisationssinn jeder Welle in aufeinanderfolgenden Zweigen des geschlossenen Umlaufweges des Ringlaserraumes wegen des bekannten Wechsels des Polarisationssinnes nach Reflexion jeweils entgegengesetzt. Der Wellenstrahl im Uhrzeigersinn umlaufender Wellen, welcher mit CW bezeichnet ist, enthält demgemäß Wellen mit den Frequenzen f. und f, von rechtssinniger bzw. linksinniger zirkularer Polarisation. Der im Uhrzeigersinn umlaufende Wellenstrahl wird von dem Spiegel 4θ auf eine bestimmte Stelle des Strahlaufspalters 42 hingelenkt. Der Wellenstrahl der im Gegenuhrzeigersinn umlaufenden Wellen wird in entsprechender Weise von dem Spiegel 4l auf dieselbe Stelle des Strahlaufspalters 42 hin reflektiert. Jeder der auf den StrahlaufSpalter hingelenkten Wellenstrahlen erzeugt sowohl durchgelassene als auch reflektierte Komponenten vorzugsweise annähernd gleicher Größe. Der Strahlaufspalter ist winkelmäßig so ausgerichtet, daß er auf eine Linie Wellenstrahlen vereinigt, welche von dem

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Strahlaufspalter bzw. seiner Oberfläche durchgelassen bzw. reflektiert worden sind. Die kombinierten Wellenstrahlen, welche von dem Strahlaufspalter 42 durchgelassen bzw. reflektiert worden sind, enthalten jeweils Wellen sämtlicher vier Frequenzen. Der durchgelassene Anteil des Wellenstrahles im Uhrzeigersinn umlaufender Wellen und der reflektierte Anteil des Wellenstrahles im Gegenuhrzeigersinn umlaufender Wellen verlaufen längs desselben Weges zu der Viertelwellenplatte 53 hin. In entsprechender Weise breitet sich der durchgelassene Anteil des Wellenstrahles im Gegenuhrzeigersinn umlaufender Wellen und der reflektierte Anteil des Wellenstrahles im Uhrzeigersinn umlaufender Wellen zusammen längs desselben Weges zu der Viertelwellenplatte 43 hin aus. Zwischen dem Strahlaufspalter 42 und den Vier telwellenplatten 43 und 53 sind also die Wellenpaare mit rechtssinniger und linkssinniger zirkularer Polarisation kombiniert und breiten sich zusammen in derselben Richtung längs desselben Weges aus. Vor der Viertelwellenplatte 53 existieren also beispielsweise die Wellen mit den Frequenzen f. und f mit links-

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sinniger zirkularer Polarisation und die Wellen mit den Frequenzen f_ und f. mit rechtssinniger zirkularer Polarisation. Dieselben Frequenzen sind auch zwischen dem Strahlaufspalter 42 und der Viertelwellenplatte 53 bei jeweils entgegengesetztem Sinn der Zirkularen Polarisation festzustellen.

Die Viertelwellenplatten 43 und 53 sind so ausgerichtet, daß beispielsweise eine linkssinnige zirkuläre Polarisation in eine vertikale Polarisation und eine rechtssinnige zirkuläre Polarisation in eine horizontale lineare Polarisation umgeformt werden. Die Polarisatoren 44 und 54 lassen jeweils nur lineare Polarisation durch. Die Polarisationsrichtungen sind dabei so gewählt, daß sie aufeinander senkrecht stehen, so daß beispielsweise der Polarisator 44 nur eine horizontale lineare Polarisation durchläßt, während der Polarisator 54 nur eine vertikale lineare Polarisation durchlassen kann. Aufgrund dieser Anordnung ergibt sich, daß die Wellenstrahlen, die zwischen dem Po-

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larisator 5k und der Detektordiode 55 verlaufen, nur die Frequenzen ΐ_Λ und f„ bei linearer vertikaler Polarisation enthalten, während die Wellenstrahlen zwischen dem Polarisator kk und der Detektordiode 45 nur die Frequenzen f„ und fV bei horizontaler linearer Polarisation enthalten. Aus Vorstehendem ergibt sich ohne weiteres, daß jede Detektordiode nur von Wellen mit zwei verschiedenen Frequenzen getroffen wird, während die Wellen mit den beiden anderen Frequenzen vollständig eliminiert sind.

Ein wesentlicher Vorteil des hier vorgeschlagenen Systems besteht darin, daß sowohl der durchgelassene wie auch der reflektierte Wellenstrahlanteil der den Strahlaufspalter verlassenden Wellenstrahlen zur Bildung der nutzbaren Ausgangswellenstrahlen verwendet werden. Bei bisher bekannten optischen Ausgangssy-· steinen wurde nur einer der beiden Ausgangswellenstrahlen des Strahlaufspalters ausgenützt. Ein Verlust einer Hälfte der Ausgangsleistung wird also bei dem hier vorgeschlagenen Ausgangssystem vermieden. Nachdem gegenüber bisher verwendeten Systemen nur die Hälfte der Leistung von dem Ringlaserraum abgeleitet werden muß, wird der Verstärkungsgrad verringert, welcher von dem Laserverstärker und dem Lasermedium bereitgestellt werden muß.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen optischen Ausgangssystems, bei welchem sämtliche optischen Bauteile mechanisch als kompakte und starre Einheit miteinander verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform ist ein Spiegel-Trägerkörper 104, welcher aus klarem, durchlässigem Glas bestehen kann, auf einer ebenen Oberfläche mit einer Anzahl dielektrischer Schichten 102 belegt, so daß ein zum größten Teil reflektierender Spiegel gebildet ist. Dieser Spiegel bildet eines der Reflektormittel, welche den in sich geschlossenen Umlaufweg des Ringlaserraumes 5 bestimmen. Die Anzahl und der Aufbau der dielektrischen Schichten 102 ist so gewählt, daß ein kleiner Anteil der eintreffenden Wellenstrahlen in den

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Spiegel-Trägerkörper lO^t hinein durchgelassen wird. Charakteristischerweise handelt es sich um 0,5 % der Energie der auftreffenden Wellenstrahlen, welche in den Spiegel-Trägerkörper iod hinein abgegeben werden.

Der Strahlaufspalter 106, welcher ebenfalls aus dielektrischem Werkstoff besteht,befindet sich auf der gegenüberliegenden Fläche des Spiegel-Trägerkörpers iod, welche zu den dielektrischen Schichten 102 parallel verläuft. In der Schicht des Strahlaufspalters 1O6 sind Öffnungen vorgesehen, so daß bestimmte Wellenstrahlen durch diese Öffnungen durchtreten können, wie in der Zeichnung gezeigt ist. Praktisch wird der Strahlaufspalter 106 in der Weise gebildet, daß dielektrisches Material auf einer Fläche einer Viertelwellenplatte 108 abgelagert und darauf ein Ringbereich abgeätzt wird, wofür beispielsweise eine Ionenstrahlätztechnik zum Einsatz kommt, um die gewünschten Durchbrüche herzustellen. Durch Ausbildung der Öffnungen des Strahlaufspalters 106 in Gestalt eines Ringes wird erreicht, daß der aus der Viertelwellenplatte 108 und dem Strahlaufspalter 106 gebildete Verband gedreht werden kann, um die richtige Wechselwirkung zwischen der Viertelwelleriplatte 108 und dem Wellenstrahl zu erreichen, welcher auf sie trifft, so daß beispielsweise Wellenstrahlen linkssinniger Polarisation vollständig in eine lineare vertikale Polarisation umgesetzt werden, während Wellenstrahlen rechtssinniger zirkularer Polarisation vollständig in eine lineare horizontale Polarisation gebracht werden.

An die Oberfläche der Viertelwellenplatte 106 grenzt die Unterseite eines Retroprismas 110 an. Das Retroprisma 110 besteht vorzugsweise aus in hohem Maße durchlässigem Glas. Gegenüber der in Berührung mit der Viertelwellenplatte 108 stehenden Oberfläche des Retroprismas 110 liegen zwei weitere Prismenflächen des Retroprismas 110, welche in der aus Figur 3 ersichtlichen Weise einen Winkel zueinander einschließen. Die zuletzt genannten Priemenflächen sind mit reflektierenden Belägen 112

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und 114 versehen, welche entweder die Gestalt einer Anzahl dielektrischer Schichten oder eines Metallbelages haben können.

An eine vierte Fläche des Retroprismas 110, welche in Figur 3 auf der linken Seite liegend dargestellt ist, befinden sich Polarisatoren Il6 und 118. An die jeweils anderen Seiten der Polarisatoren Il6 und 118 sind Detektordioden 120 und 122 angesetzt, so daß diese Dioden die von den Polarisatoren durchgelassenen, linear polarisierten Wellen empfangen. Wie zuvor erwähnt, sind die Polarisatoren 116 und 118 zueinander senkrecht orientiert. Eine Diodenhaiterung 124 dient zur Befestigung der Detektordioden 120 und 122 und der jeweils zugehörigen Polarisatoren Il6 und 118 an der linken Oberfläche des Retroprismas 110. Die Einrichtung nach Figur 3 wirkt in ähnlicher Weise wie die schematisch in Figur 2 gezeigte Anordnung und nimmt eine Kombination der im Ringlaserraum vorhandenen Wellen gleichen zirkulären Polarisationssinnes vor, während Wellen des jeweils anderen zirkulären Polarisationssinnes zurückgewiesen werden und die kombinierten Wellen zu der betreffenden Detektordiode weitergegeben werden, ohne daß ein großer Verlust der Signalleistung auftritt.

Die Wirkungsweise des Systems nach Figur 3 sei anhand der Tabelle 1 des Anhanges beschrieben, welche jeweils Ausdrücke entsprechend dem Polarisationszustand der verschiedenen Wellen an bestimmten Punkten des Systems enthält. Ein hochgestelltes Symbol L bedeutet, daß es sich um eine linkssinnige zirkuläre Polarisation handelt, während ein hochgestelltes Symbol R anzeigt, daß eine rechtssinnige zirkuläre Polarisation vorliegt. Ein hochgestelltes Symbol V zeigt eine vertikale lineare Polarisation an und ein hochgestelltes H zeigt eine horizontale lineare Polarisation an. Die tiefgestellten Symbole oder Basiswerte benennen jeweils die Frequenz der betreffenden Welle. Die Viertelwellenplatte 108 ist so orientiert, daß die rechtssinnige zir kuläre Polarisation und die linkssinnige zirkuläre Polarisation

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in eine horizontale bzw. eine vertikale lineare Polarisation umgewandelt werden, d. h. der Azimutwinkel der großen Achse beträgt k5 · Außerdem ist festzustellen, daß die horizontale und die vertikale lineare Polarisation in eine rechtssinnige bzw. eine linkssinnige zirkuläre Polarisation umgewandelt werden, wenn die betreffende Welle in der einen oder anderen Richtung die Viertelwellenplatte 108 durchläuft. Man erkennt, daß sämtliche Wellenstrahlen, die unterhalb der Viertelwellenplatte auftreten, zirkulär polarisierte Wellen aufweisen, während diejenigen Wellenstrahlen, die oberhalb der Viertelwellenplatte 108 verlaufen, linear polarisiert sind. Nachdem die horizontale und vertikale lineare Polarisation die normalen Schwingungsformen für die Reflexion an Flächen sind, welche Normale aufweisen, die in der Einfallsebene liegen, tritt bei der Reflexion an irgendeiner der Flächen der Viertelwellenplatte 108 keine ein Übersprechen verursachende Depolarisation auf.

Der Durchlauf eines charakteristischen Wellenstrahls durch die Einheit kann im einzelnen verfolgt werden. An dem Punkt A, welcher innerhalb des Ringlaserraumes 5 gelegen ist, enthält der im Gegenuhrzeigersinn zirkulierende Wellenstrahl Wellen mit den Frequenzen f _o und f_o, welche linkssinig bzw. rechtssinnig zirkulär polarisiert sind. Geringe Anteile dieser Wellenstrahlen werden von den dielektrischen Schichten 102 in den Spiegel-Trägerkörper 104 hinein durchgelassen. Die Polarisationen der in den Trägerkörper 104 eingelassenen Wellenstrahlen bleiben aufgrund des geringen Einfallswinkels relativ zu der Normalen zu den dielektrischen Schichten 102 im wesentlichen erhalten.

Der Ringlaserraum 5 ist vorzugsweise so ausgebildet, daß der Winkel zwischen den auftreffenden Wellenstrahlen 30° oder weniger beträgt. Durch Aufrechterhaltung eines solchen kleinen Einfallswinkels mit Bezug auf die dielektrischen Schichten 102 wird die zirkuläre Polarisation in besonders hohem Maße beibe halten· Für größere Einfallswinkel nimmt die elliptische PoIa-

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risation der Wellenstrahlen, welche von der Rückseite der dielektrischen Schicht 102 ausgehen, stark zu. Nimmt die elliptische Gestalt der Polarisation zu, so wird die Signalleistung, welche an jeder Detektordiode verfügbar ist, verringert, da die Polarisatoren entweder so orientiert werden müssen, daß die unerwünschten Signalkomponenten vollständig unterdrückt werden oder daß die Maximalamplitude des gewünschten Signales durchgelassen wird. Da die Wellenstrahlen bei elliptischer Polarisation nicht mehr leistungsmäßig aufeinander senkrecht stehen, können die Polarisatoren nicht so eingestellt werden, daß sie einerseits die Maximalamplitude des gewünschten Signales durchlassen und andererseits sämtliche unerwünschten Signalkomponenten ausschalten. Im zuerst angesprochenen Falle tritt ein Übersprechen zwischen den erwünschten Ausgangssignalen auf, während im letzteren Falle eine Verringerung der Signalamplitude auftritt.

Am Punkte B innerhalb des Spiegel-Trägerkörpers 104 sind die im Gegenuhrzeigersinn zirkulierenden Komponenten der vier Wellen vorhanden, welche sich innerhalb des Ringlaserraumes ausbreiten. Diese vier Komponenten haben die Frequenzen f und f und besitzen eine linkssinnige, bzw. eine rechtssinnige zirkuläre Polarisation. Sind die Wellen durch den Durchbruch des Strahlaufspalters 106 und durch die Vxertelwellenplatte 108 gelangt, so werden die Wellen in solche vertikaler bzw. horizontaler linearer Polarisation umgewandelt. Nach Reflexion an den reflektierenden Belägen ll'l und 112 an den oberen Prismenflächen des Retroprismas 110 bleiben die jeweiligen Polarisationsrichtungen aufrecht erhalten, jedoch wird der Wellenstrahl in seitlicher Richtung um eine bestimmte Strecke versetzt, so daß er auf der Oberfläche des Strahlaufspalters 106 an derselben Stelle auftrifft, auf welche auch der mit I bezeichnete Wellenstrahl trifft, welcher Komponenten des Wellenstrahls der im Uhrzeigersinn zirkulierenden Wellen mit den Frequenzen f_ und f. und mit rechtssinniger bzw. linkssinniger zirkularer Polarisation enthält. Die durchgelassenen und die reflektierten Wellenstrah-

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ai

lungsanteile werden aus den genannten Wellenstrahlen gebildet, so daß sowohl die reflektierten als auch die durchgelassenen Wellenstrahlen von dem gemeinsamen Einfallspunkt auf dem Strahlaufspalter 106 Wellen sämtlicher vier Frequenzen enthalten. Der Wellenstrahl J weist Wellen der Frequenzen f. und f mit jeweils horizontaler linearer Polarisation und Wellen der Frequenzen f„ und fi mit jeweils vertikaler linearer Polarisation auf, wobei das letztgenannte Wellenpaar durch die Viertelwellenplatte IO8 von einer zirkulären in eine lineare Polarisation umgewandelt worden ist. In entsprechender Weise enthält der Wellenstrahl D Wellen der Frequenzen f und f mit linkssinniger zirkularer Polarisation und Wellen der Frequenzen f_ und f1 mit rechtssinniger zirkularer Polarisation. Der Sinn der Polarisation wird bei Reflexion an der Rückseite der dielektrischen Schicht 102 umgedreht. Der Wellenstrahl E tritt durch den Durchbruch des Strahlaufspalters 106 hindurch und wird wieder in eine lineare Polarisation umgewandelt, so daß der Wellenstrahl F entsteht, welcher Wellen mit den Frequenzen f und f sowie mit horizontaler Ii-

1 cL

nearer Polarisation und Wellen mit den Frequenzen f„ und f. mit vertikaler Polarisation enthält. Die Wellenstrahlen F und J werden durch den reflektierenden Belag 112 zu den Polarisatoren 116 und llö hin reflektiert. Der Polarisator II6 ist so orientiert, daß er nur eine horizontale lineare Polarisation durchläßt, während der Polarisator II8 so ausgerichtet ist, daß durch ihn nur eine vertikale Polarisation hindurchgelangen kann. Auf diese Weise werden Wellen mit den Frequenzen f und f zu dem

J- C*

Detektor 120 hin ausgekoppelt, während Wellen mit den Frequenzen f„ und f. zu dem Detektor 122 ausgekoppelt werden.

Innerhalb des Detektors erfolgt eine Heterodynüberlagerung zwischen den auf den betreffenden Detektor treffenden Wellen, so daß ein Ausgangssignal entsprechend einer Sinusschwingung entsteht, welche mit einer Niederfrequenz oder einer Gleichspannungskomponente überlagert ist. Die Frequenz jeder Sinusschwingung ist der Differenz der Frequenzen der beiden auf den be-

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treffenden Detektor fallenden Wellen gleich, während die Größe der jeweiligen Gleichspannungskomponente entsprechend dem Mittelwert der Amplitude des Ausgangssignales proportional zur Summe der Intensitäten der beiden einfallenden Wellen ist. Durch weitere Verarbeitung des Ausgangssignales vermittels der Ausgangs-Signalverarbeitungsschaltung 32 erhält man ein digitales Signal, welches die Größe oder den Winkel der Drehung anzeigt und ein analoges Signal zur Betätigung des piezoelektrischen Wandlers 20 zur Aufrechterhaltung der geeigneten Länge des geschlossenen Übertragungsweges innerhalb des Ringlaserraumes 5·

Man erkennt, daß das in Figur 3 gezeigte System eine widerstandsfähige und kompakte, mechanische einheitliche Einrichtung darstellt. Bei bisher bekannten Systemen mußte jedes optische Bauteil gesondert an einer ihm zugeordneten Halterung befestigt werden, die wiederum an einer darunterliegenden Tragkonstruktion zu befestigen war. Nach dein vorliegenden Vorschlag ist das gesamte optische Ausgangssystem in einer einzigen, starren Einheit zusammengefaßt, wodurch sich ein beträchtlicher Raumgewinn erzielen läßt. Dieser Vorteil ist in vielen Anwendungsfällen von großer Wichtigkeit, bei denen der von einem Bauteil eingenommene Raum sowie auch das Gesamtgewicht möglichst gering gehalten werden müssen.

In Figur k ist ein Schnitt durch eine andere Ausführungsform dee optischen Ausgangssystems der hier vorgeschlagenen Art gezeigt, welches ebenfalls eine kompakte und mechanisch widerstandsfähige Einheit darstellt. Die Ausführungsform nach Figur 4 arbeitet genauso wie diejenige nach Figur 3» doch sind die Lagen des Strahlaufspalters und der Viertelwellenplatte vertauscht und es wird eine andere Form eines Prismas 130 verwendet, so daß sich ein anderer Verlauf der Wellenstrahlen ergibt. Die Polarisatoren Il6 und Il8 und die Detektordioden 120 und 122 sind außerdem auf derselben Oberfläche des Retroprismas 130 angeordnet, welche auch auf einem Teil den reflektierenden Belag 1^k trägt.

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«L4

Die Wirkungsweise des Gerätes nach Figur 4 läßt sich durch die Ausdrücke von Tabelle II beschreiben, welche die Frequenzen und die Polarisationszustände der verschiedenen in der Einrichtung vorhandenen Wellen angibt. In dieser Tabelle bezeichnen die Vorzeichen + und - zum Polarisationssinn eine lineare Polarisation, welche einen bestimmten positiven oder negativen Winkel zur Horizontalen einnimmt, beispielsweise 30 bis k3 ·

Ein Durchgang der Wellen durch mehrlagige dielektrische Schichten kann zu einer Änderung des Polarisationszustandes führen, so daß zirkulär polarisierte Wellen in einen elliptischen Pola— risationszustand übergehen. Diese Erscheinung beruht auf einer unterschiedlichen Durchlässigkeit für elektromagnetische Wellen, deren Hauptschwingungsebene des elektrischen Feldes in der Ebene des Einfalles (p-Polarisation) gelegen ist, im Vergleich zu Wellen, deren Hauptschwingungsebene senkrecht zu dieser Ebene (s-Polarisation) gelegen ist. Das Verhältnis der Durchlässigkeit für die beiden Polarisationsrichtungen hängt von dem Einfallswinkel ab und kann beispielsweise 1,2 bis 5 betragen. Hieraus ergibt sich eine entsprechende elliptische Form der Polarisation der durchgelassenen Wellen, so daß schließlich Wellen mit elliptischer Polarisation.nicht mit linearer Polarisation«weitergegeben werden. Die Polarisatoren könnten daher nicht unerwünschte Wellen von den beiden Dioden fernhalten. Bei der Ausführungsform nach Figur 5 sind jedoch weitere Viertelwellenplatten 136 und 133 vorgesehen, welche bewirken, daß die Polarisationen der unerwünschten Wellen in jedem Falle linear gemacht werden, wobei die Polarisatoren so ausgerichtet sind, daß sie die unerwünschte Polarisation sperren. Auf diese Weise wird ein Übersprechen vollständig vermieden. Falls weiterhin eine Änderung der Polarisation nach Reflexion an der Rückseite der spiegelnden Schicht 102 auftritt, so wird dies gleichzeitig durch dieselbe Viertelwellenplatte I38 kompensiert. Wie zuvor erwähnt, ergibt sich das Beetreben einer Beseitigung des Übersprechens aus der Überlegung, daß ein iauschsignalfreies Ausgangssignal des Ring-

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laser-Drehgeschwindigkeitsmessers erzielt werden soll. Durch das vorliegende Ausgangssystem wird ein Übersprechen auch dann vermieden, wenn die dielektrischen Schichten 102 des Spiegels unterschiedliche s- und p-Durchlässigkeiten besitzen, wobei nur eine geringe Verminderung der Signalleistung in Kauf zu nehmen ist. Bei den Ausführungsformen nach den Figuren k und 5 ist die Viertelwellenplatte auf einen Winkel von O^ nicht von k5 , ausgerichtet. In diesem Falle werden die elliptisch polarisierten Wellen, welche von den spiegelnden Schichten 102 ausgehen, von der Viertelwellenplatte sogleich in lineare Polarisationen umgewandelt, welche in zwei im wesentlichen nicht zueinander ortho gonalen Ebenen liegen. Wenn daher die WiIen nicht auf weitere depolarisierend wirkende Bauteile treffen, so kann ein Übersprechen durch Verwendung der Polarisatoren 116 und 118 beseitigt werden, ohne daß zusätzliche Viertelwellenplatten eingesetzt werden.

Das in Figur 5 im Schnitt gezeigte optische Ausgangssystem gemäß einer anderen Ausführungsform bildet ebenfalls eine mechanisch widerstandsfähige, starre und kompakte Einheit. Die jeweiligen Polarisationszustände der verschiedenen Wellenstrahlen sind m der nachfolgenden Tabelle III aufgeführt. Die Gestalt des Prismas stimmt mit derjenigen des Gerätes nach Figur k überein. Nahe dem Strahlaufspalter 106 ist jedoch keine Viertelwellenplatte vorgesehen. Vielmehr liegen, wie zuvor bereits angedeutet, einzelne Viertelwellenplatten I36 und I3Ö nahe den Polarisatoren HO und II8. Diese Konstruktion ergibt den Vorteil, daß die Viertelwellenplatte für jede Detektordiode individuell einjustiert werden kann. Dies ist in Fällen zweckmäßig, in denen ein bestimmtes Maß an Depolarisation auftritt, welche eine elliptische Polarisation der Wellen aufgrund unterschiedlicher Phasenfehler oder einer unterschiedlichen Reflexion oder Durchlässigkeit an den oder durch die verschiedenen reflektierenden Beläge und dielektrischen Schichten oder aufgrund einer nichtidealen Viertelwellenplatte verursacht. Im übrigen könnte eine

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Viertelwellenplatte nahe dem Strahlaufspalter 106 des Systems nach Figur 5 angeordnet werden oder es könnten einzelne Viertelwellenplatten jeweils vor den Polarisatoren Il6 und 118 der Ausführungsform nach Figur k vorgesehen sein. Die diesbezüglichen Merkmale der Ausführungsformen nach den Figuren 4 und 5 lassen sich also vertauschen. Doppelte Viertelwellenplatten haben den Vorteil, daß nahezu sämtliche Aberration aufgrund einer Depolarisation der einzelnen Wellenstrahlen beseitigt werden kann.

Abschließend sei noch deutlich gemacht, daß der hier verwendete Ausdruck "Drehgeschwindigkeitsmesser¹¹ auch Einrichtungen umfaßt, die ausgangsseitig schließlich eine Anzeige eines Drehwinkels liefern.

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Anhang

^A: Cf₂ ^Lf₃ ^R)_ccwC£i^Lf₄ ^R) Tabelle I

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°· ^Z2 ^X3

D; f₂ ^Lf₃ ^I

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F: fA^

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Tabelle II

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Tabelle III λ. i,i₇ ι? J. L¹I £4 Jew G: ±2 ±₄

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Claims

-Ί Q Γ< ·"> ■"■ "' /OU ... .■ \.i Patentansprüche

1.) Optisches Aus gangs sys tem für Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser mit einem Lasermedium, einer ein Polarisationsdispersionsverhalten aufweisenden Einheit zur Erzeugung kontinuierlicher Wellen mit mindestens vier verschiedenen Frequenzen und einer Anzahl von Reflektormitteln, welche für die genannten Wellen einen in sich geschlossenen Übertragungsweg bilden, wobei mindestens eines dieser Reflektormittel für die eintreffenden Wellen teildurchlässig ist, gekennzeichnet durch einen Strahlaufspalter (42 bzw. 106), ferner durch Einrichtungen (40, kl bzw. 102, 112, Il4 bzw. 132, 13*0 zum Hinlenken der von dem teildurchlässigen Reflektormittel durchgelassenen Wellenstrahlung auf einen gemeinsamen Punkt des Strahlaufspalters, wobei die Wellenstrahlung an diesem Punkt teilweise durchgelassen und teilweise reflektiert wird sowie durch zwei Detektoreinrichtungen (45_t 55 bzw. 120, 122), von denen die erste so angeordnet ist, daß sie mindestens einen Teil der an dem gemeinsamen Punkt des Strahlaufspalters von diesem durchgelassenen Wellenstrahlung empfängt, während die zweite Detektoreinrichtung so angeordnet ist, daß sie mindestens einen Teil der an dem gemeinsamen Punkt des Strahlaufspalters reflektierten Wellenstrahlung empfängt.

2. Optisches Ausgangssystem nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die sich in dem geschlossenen Übertragungsweg (5) ausbreitenden Wellen im wesentlichen eine zirkuläre Polarisation besitzen.

3· Optisches Ausgangssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem StrahlaufSpalter (42 bzw. 106) und

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der ersten Detektoreinrichtung (45 bzw. 120) eine erste Einrichtung (43 bzw. IO8) zur Umwandlung der zirkulären Polarisation in lineare Polarisation vorgesehen ist und daß zwischem dem Strahlaufspalter und der zweiten Detektoreinrxchtung (55 bzw. 122) eine weitere Einrichtung (53 bzw. IO8) zur Umwandlung der Zirkularen Polarisation in eine lineare Polarisation gelegen ist.

4. Optisches Ausgangssystem nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Detektoreinrichtungen (45, 55 bzw. 120, 122) und den jeweils zugeordneten Einrichtungen (43, 53 bzw. 108) zur Umwandlung der zirkulären Polarisation in eine lineare Polarisation jeweils Polarisatoren (44, 54 bzw. Ho, 118) vorgesehen sind.

5· Optisches Ausgangssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Umwandlung der zirkulären Polarisation in eine lineare Polarisation jeweils eine Viertelwellenplatte (43, 53 bzw. IO8) enthalten.

6. Optisches Ausgangssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß von den innerhalb des geschlossenen Übertragungsweges (5) angeregten, vier verschiedene Frequenzen aufweisenden Wellen ein erstes Wellenpaar eine zirkuläre Polarisation eines ersten Richtungssinnes und ein zweites Wellenpaar eine zirkuläre Polarisation eines zweiten Richtungssinnes aufweist und daß der Strahlaufspalter (42 bzw. IO6) mehr als ein Viertel der Energie des von dem teildurchlässigen Reflektormittel (22 bzw. 102) durchgelassenen Anteils des erstgenannten Wellenpaares zu der ersten Detektoreinrxchtung hin auskoppelt und mehr als ein Viertel der Energie des von dem teildurchlässigen Reflektormittel durchgelassenen Anteils des zweiten Wellenpaares zu der zweiten Detektoreinrxchtung hin auskoppelt.

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7. Optisches Ausgangssystem nach Anspruch 4 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatoren (kk, 54 bzw. Il6, 118) bezüglich ihrer Polarisationsrichtung senkrecht zueinander ausgerichtet sind.

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