DE2935463A1 - Drehempfindliches ringlasersystem - Google Patents

Description

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"~ 293^^63 PATENTANWÄLTE

Frankfurt/M 31.8.1979

G 65 P 3

Christa L. Gievers 245 Wimpole Drive

Rochester, Michigan 48063 USA

"Drehempfindliches Ringlasersystem"

Die Erfindung betrifft drehempfindliche Systeme, wie sie in Führungs- und Navigationssystemen zur Feststellung der Drehung im Inertialraum verwendet v/erden.

In dem neuen drehempfindlichen Ringlasersystem ist eine optische Schleife oder ein optischer Ring enthalten, die bzw. der einen polarisierenden Strahlspalter einschließt; das Laserverstärkermedium befindet sich außerhalb des Ringes; eine Viertelwellenplatte befindet sich in dem Pfad des aus dem Ring austretenden Lichtes und dient der Umwandlung des Lichtes in linear polarisiertes Licht, dessen Polarisationsebene sich mit einer Winkelgeschwindigkeit dreht, die proportional der Winkelgeschwindigkeit ist, mit der sich das System im Raum (Inertialraum) dreht.

Der bekannte Ringlaser, auch Laserkreisel genannt, erlaubt die Rotationsmessung mittels kohärenten Lichtes, das in

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entgegengesetzten Richtungen eine geschlossene Schleife durchläuft und bei Drehung dieser Schleife im Räume einen Unterschied in den Frequenzen des Lichtes zwischen den beiden entgegengesetzt umlaufenden Lichtstrahlen liefert.

Der Frequenzunterschied ist proportional der Winkelgeschwindigkeit W der Ringdrehung im Inertialraum. Durch Überlagerung der beiden Lichtstrahlen und Zufuhr des Lichtausgangssignals zu einem Fotodetektor wird eine Schwebungsfrequenz gewonnen, die die Winkelgeschwindigkeit CJ anzeigt .

Unter einer gewissen Geschwindigkeitsschwelle bleiben jedoch die getrennten Schwingungen der in entgegengesetzten Richtungen umlaufenden Strahlen nicht erhalten, weil die Schwingungen aufeinander einrasten. Die -beiden Betriebsarten (Moden) werden infolge von Kreuzkopplungen in Synchronismus gezogen, fassen also Tritt, und zwar infolge der Streuung der Gasmoleküle innerhalb des Laserverstärkermediums.

Zur Überwindung oder Herabsetzung der durch das Einrasten oder Trittfassen verursachten Geschwindigkeitsschwelle sind viele Verfahren erdacht worden. Das am besten bekannte ist eine Art Vorspannung (biasing) etwa in der Form des Verursachens kleiner "Zitter"-Schwankungen (dithering).

Diese zusätzlichen Berichtigungsverfahren beseitigen jedoch nicht die Urquelle des Fehlers und sind auch in ihrer Anwendbarkeit beschränkt. Diese Beschränkungen bestimmen praktisch die Geschwindigkeitsschwelle des Ringlasersystems. V/enn das Einrasten oder Koppeln selbst beseitigt werden könnte, würde eine Lasergeschwindigkeitsfühler möglich

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sein, der an Genauigkeit jeden bekannten Kreisel weit übertreffen würde. Der Laser-Drehgeschwindigkeitsfühler könnte bei der durch das Rauschen infolge spontaner Emission gesetzten fundamentalen Grenze arbeiten.. Gemäß der Literatur liegt diese Grenze so niedrig, daß ihre Feststellung praktisch unmöglich ist (siehe IEEE Spectrum, Oct. 1967 "The laser gyro" von Joseph Killpatrick, Honeywell Inc., Seiten 51-53).

Die vorliegende Erfindung vermeidet das Einrasten von vorneherein durch Vermeidung unterschiedlicher Lichtfrequenzen im Verstärkermedium. Dies wird durch Anwendung der Polarisation des Lichtes erreicht. Die beiden entgegengesetzt umlaufenden linear polarisierten Lichtstrahlen werden im Verstärkermedium einander so überlagert, daß sie stets linear polarisiertes Licht bilden, das mit einer konstanten Frequenz schwingt, nämlich derselben, die sich einstellt, wenn die Winkelgeschwindigkeit UJ Null ist. Dies wird durch die richtige Anwendung einer einfachen Viertelwellenplatte in einer besonderen Ringinterferometeranordnung, wie sie in der V.St.A.-Patentschrift 3 692 385 vorgeschlagen ist, erreicht.

Da der Laserdrehfühler nach der vorliegenden Erfindung stets und allemal das Einrasten (Intrittkommen) vermeidet und zugleich jeden Fehler infolge Nullpunktsverschiebung, die durch den Gasstrom im Entladungshohlraum verursacht werden können, ist ein optischer Drehgeschwindigkeitsfühler von außerordentlich hoher Genauigkeit möglich.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es neigen:

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_Fln2 · - IViEKTIEIMS * KEIL

Fig„ 1 in perspektivischer, schematischer Darstellung ein dlrehempfindliches Ringlasersystem nach der Erfindung,

Fig. 2 ein schematisches Strahlendiagramm des Systems nach Fig. 1 bei der Winkelgeschwindigkeit Mull,

Fig. 3a und 3b schematische Diagramme entsprechend dem Diagramm nach Fig. 2 und der Anordnung nach Fig» I bei unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten,

Fig. 4a, 4b, 4c und 4d Lichtvektordiagramme oder -plane, die verschiedenen Stellen oder Punkten des Systems zugeordnet sind,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Abwandlungsform des Systems,

Fig. 6 die Darstellung einer weiteren Abwandlungsform, Fig. 7 wieder eine weitere Abwandlungsform und

Fig. 8 ein schematisches Strahlendiagramm des Systems nach Fig. 7. " .

Eine Form des vorgeschlagenen Systems ist in Fig. 1 gezeigt. Die optische Schleife (der optische Kreis oder Ring) dieser Anordnung enthält den polarisierenden Strahlspalter PB I₉ zwei Eckenspiegel 2 und 3 und eine Halbwellenplatte 4. Der Strahlspalter PB 1 spaltet das einfallende Licht in zwei orthogonale linearpolarisierte Komponenten, wodurch die im Uhrzeigersinne (cw) die Schleife durchlaufende Komponente rechtwinklig zur Papierebene schwingt, wie durch die drei quer zum Lichstrahl gezeichneten Striche ange-

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deutet ist. Die entgegen dem Uhrzeiger (ccw) umlaufende Komponente schwingt parallel der Papierebene. Die Halbwellenplatte 4 tauscht die Schwingungsebenen der entgegengesetzt umlaufenden Strahlen aus und macht deren Rekombination oder Wiedervereinigung durch den Strahlspalter PB 1 möglich. Das aus dem Strahlspalter PB 1 hervortretende, linearpolarisierte Licht schwingt in einer gegenüber der Papierebene um 45 gekippten oder geneigten Ebene, wenn das System im Inertialraum keiner Drehung (Winkelgeschwindigkeit (x> ) unterliegt.

Das auf den Strahlspalter PB 1 und in die Schleife einfallende Licht tritt aus dem Verstärkermedium in der Entladungsröhre 5, die mit Helium und Neon gefüllt sein kann, hervor. Der Endspiegel 6 des Ringlasers ist teildurchlässig. Der Hauptteil des Lichtes wird vom Spiegel 6 in den Strahlspalter PB 1 und den Ring zurückgeworfen, von wo aus er zum Spiegel 6 zurückkehrt. Die Weglänge vom Spiegel 6 durch die Schleife und zurück zum Spiegel 6 stellt den tatsächlichen Laserhohlraum (laser cavity) dar (zu diesem Begriff "Hohlraum" siehe z.B. DE-AS 1 288 346 bzw. US-PS 3 382 758).

Der kleinere Teil des Lichtes wird durch den Endspiegel 6 zum Polarisationsanalysator 8 und dem Fotodetektor 9 durchgelassen. Der Analysator 8 kann ein Nicolprisma oder eine einfache Polarisationsplatte (Polarisationsfilter oder -folie) sein, wie in Fig. 1 dargestellt. Der im Fotodetektor 9 erzeugte Fotostrom wird im Verstärker 10 verstärkt. Die verstärkten elektrischen Impulse bzw. ihre Frequenz können im Zähler 11 gezählt werden und so ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit hergeben, mit der das System sich im Raum (Inertialraum) dreht.

Zwischen das Entladungsrohr 5 und den Strahlspalter PB 1 ist eine Viertelwellenplatte 7 gesetzt. Die optischen Hauptachsen dieser Platte stehen unter 45° zur Papierebene,

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d.h., daß sie parallel und rechtwinklig zu der Schwingebene des Strahles linear-polarisierten Lichtes stehen» das bei der Winkelgeschwindigkeit Cu = 0 auf den Strahlspalter PB 1 fällt. Aus später zu erläuternden Gründen ist das Entladungsrohr 5 nicht in üblicher Weise mit Brewster-Fenstern ausgestattet. Die Endflächen des Entladungsrohres stehen rechtwinklig zur Lichtstrahlrichtung.

Arbeitsweise
Winkelgeschwindigkeit ist Mull

Der leichteren Erörterung der Arbeitsweise des optischen Drehfühlers nach der Erfindung dient die vereinfachte Darstellung in Fig. 2, in der Lichtvektoren an bestimmten Stellen des optischen Weges gezeichnet sind, und zwar Vektoren, wie sie bei der Winkelgeschwindigkeit Mull (fehlende Drehung) erscheinen. Im übrigen ist die körperliche Anordnung nach Fig. 2 genau die gleiche wie die nach Fig. 1. Lediglich der Polarisationsanalysator 8, der Fotodetektor 9 und die elektrische Schaltung sind weggelassen.

Infolge der polarisierenden Wirkung des Strahlspalters PB 1 wird das aus dem Verstärkermedium in der Entladungsröhre 5 emittierte Licht linear-polarisiert und es schwingt in einer um 45° geneigten Ebene, wie durch den Vektor I_n ¹ angegeben ist. Dieses linear-polarisierte Licht geht gänzlich unverändert durch die Viertelwellenplatte 7, weil es parallel zu einer der optischen Hauptachsen schwingt. Es tritt aus der Platte 7 als Vektor I '· hervor, der mit I · identisch ist.

Der jeweilige Ort des Lichtvektors ist in den Figuren angegeben; ein einzelner Bezeichnungsstrich wie bei I ' ist der Vektor an der Stelle des Verstärkermediums; ein doppelter

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Strich wie bei I_n ¹' bezeichnet den Vektor zwischen der ^-Platte 7 und dem Strahlspalter PB 1 bei auf den Strahlspalter PB 1 zu gerichtetem Lauf. Vektoren ohne Bezeichnungsstrich wie A₀ oder I_n bezeichnen das Licht in dem Ring und das aus dem Ring und dem Strahlspalter PB 1 austretende

Licht. Die tiefgestellten Indices wie bei I_n, I₁, I

bezeichnen die Zahl der Umläufe des Lichtes durch die Schleife.

Der Vektor I_n ¹¹ kann aufgespalten werden in zwei orthogonale Komponenten gleicher Länge, die Komponente A_n'', die in der Papierebene schwingt, und die Komponente B₀ ¹', die rechtwinklig dazu schwingt. Der Strahlspalter PB 1 trennt das einfallende Licht I_n'¹ in diese beiden orthogonalen Komponenten. Das in der Ebene von A_n ¹¹ schwingende Licht wird geradeaus durch den Strahlspalter PB 1 geführt und läuft entgegen dem Uhrzeiger als A_n durch die Schleife. Das Licht, das in der Ebene B '' schwingt, die zur Papierebene lotrecht steht, wird im Strahlspalter PB 1 um 90° abgelenkt und läuft entgegen dem Uhrzeiger durch die Schleife als Vektor B_n in einer dem Vektor A_n entgegengesetzten Richtung. Die Vektoren A_n und B_n und ihre Fortpflanzungsrichtung in der Schleife sind in Fig. 2 durch Pfeile bezeichnet.

Die Schwingungsebene der beiden Komponenten A_n wie auch B_n werden durch die Halbwellenplatte 4 um 90° gedreht. Dies führt zu einem Vertauschen der Schwingungsebene der herauskommenden Lichtkomponenten A₁ und B₁ im Bezug zueinander und im Bezug zu den Komponenten A_n ¹' und B_n ¹' des ursprünglich einfallenden Lichtes. Somit schwingt der hervortretende Vektor B₁ in der Ebene des Einfallvektors A_n ¹¹ und der hervortretende Vektor A₁ in der Ebene des Einfallvektors B'¹. Der resultierende Vektor I- schwingt jedoch

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wie zuvor in der Ursprungsebene der einfallenden Vektorresultanten I_Q ⁸·, wie Fig. 2 zeigt.

Somit kann der Vektor I₁ die Viertelwellenplatte 7 wiederum unverändert durchlaufen. Wenn die Viertelwellenplatte 7 entfernt wird, geschieht nichts, abgesehen von einer Verkürzung der optischen Länge des Laserhohlraumes (laser cavity). Ansonsten kann der Laser schwingen wie zuvor.

Wirkung der Winkelgeschwindigkeit

Wenn der optische Drehfühler einer Winkelgeschwindigkeit

OJ ausgesetzt wird, ändert sich die Lage. Jetzt spielt die Viertelwellenplatte 7 eine entscheidende Rolle. Dies ist durch die Fig. 3a und 3b gezeigt, die Vektordiagramme des Lichtes zu unterschiedlichen Zeitpunkten t₁ und t ' an verschiedenen Punkten des optischen Kreises bei einer von Null verschiedenen Winkelgeschwindigkeit w zeigen. Fig. 3a zeigt die Lichtvektoren in einem Zeitpunkt t,, nachdem eine bestimmte Dauer t vergangen ist, und Fig. 3b zeigt die Lichtvektoren im Zeitpunkt t„ nach Ablauf der Dauer 2t.

Als Wirkung der Winkelgeschwindigkeit C*J treten die Komponenten A₁ und B₁ aus dem Strahlspalter PB 1 nicht in demselben Zeitpunkt hervor, sondern sie sind zueinander zeitverschoben. Wenn wir annehmen-, daß die Schleife mit einer Winkelgeschwindigkeit W im Uhrzeigersinne gedreht wird, kommt die entgegen dem Uhrzeiger laufende Lichtkomponente A_Q früher am Strahlspalter PB 1 an als der im Uhrzeigersinne laufende Vektor B_Q. Der Vektor A_Q- kommt früher an, weil die Länge seines optischen Weges um denselben Betrag gekürzt, um den der der Komponente B_Q vergrößert ist. Dies führt zu einem Phasenverschiebungswinkel von

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2 tf zwischen den austretenden Vektoren A. und B-. Somit werden sich die Vektoren A. und B- nicht zu linear-polarisiertem Licht vereinen, wie sie es wurden, wenn ω = 0 wäre, wie es in Fig. 2 gezeigt ist; die Vektoren rekombinieren aber zu elliptisch polarisiertem Licht. Der resultierende Vektor I₁ des heraustretenden Lichtes schwingt daher nicht in einer Ebene, sondern dreht sich. Sein Endpunkt bzw. dessen Spur beschreibt eine Ellipse.

Wenn die Viertelwellenplatte 7 im optischen Kreis fehlt, wird das elliptisch polarisierte Licht vom Endspiegel 6 reflektiert und fällt ein zweites Mal in den Strahlspalter PB 1. Beim zweiten Mal würde die Komponente A- im Uhrzeigersinne durch die Schleife laufen, d.h., entgegen der Richtung, die die Komponente A_Q beim ersten Umlauf nahm, wie man sich leicht mit Hilfe der Fig. 2 vergegenwärtigen kann. Dasselbe geschieht mit der Komponente B-, die entgegen der Richtung von B_Q umläuft, da B- und B_Q ebenfalls orthogonal sind. Im Ergebnis wird die im ersten Umlauf infolge der Winkelgeschwindigkeit tu hervorgerufene Phasenverschiebung zwischen den beiden Komponenten A- und B- im zweiten Umlauf gelöscht (aufgehoben).

Die Anwesenheit der Viertelwellenplatte 7 ändert die Lage drastisch. Bekanntlich ist elliptisch polarisiertes Licht zusammengesetzt aus einem Teil linear- und einem Teil zirkular-polarisierten Lichtes. Bei kleinen Phasenverschiebungswinkel zwischen A- und B- liegt die Hauptachse der Ellipse des elliptisch polarisierten Lichtes in derselben einen Azimuth von 45° aufweisenden Ebene wie bei Co = 0. Die linearpolarisierte Lichtkomponente I- schwingt in der Ebene der Hauptachse der Ellipse und geht wie zuvor ungeändert durch die Viertelwellenplatte 7.

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Fiqk -4?- HVHERTENS & KEIL

Im Gegensatz dazu wird das zirkular-polarisierte Licht von der Viertelwellenplatte 7 in linear-polarisiertes Licht umgewandelt. Da die optischen Hauptachsen der Viertelwellenplatte 7 unter 45° gegenüber der Papierebene geneigt sind,, wird die umgewandelte, linear-polarisierte Lichtkomponente Ip₁ ¹ in einer waagerechten oder lotrechten Ebene schwingen, je nach Richtung der schnellen und der langsamen optischen Achse der Platte. In Fig. 3a ist vorausgesetzt, daß die langsame und die schnelle Achse der Viertelwellenplatte in den durch die Buchstaben S und F (S=slow, F=fast) angegebenen Richtungen liegen. In diesem Falle schwingt die herauskommende, umgewandelte Komponente 1'_ηΊ des linearpolarisierten Lichtes in der lotrechten Ebene.

Beim Austritt aus der Viertelwellenplatte 7 kombinieren die beiden Lichtkomponenten I₁. _Λ und 1^₁ zur Resultierenden

XjJL V/ X

I- ' . Diese Resultierende linear-polarisierten Lichtes I₁ ■ im Verstärkermedium schwingt in einer Ebene, die um den Winkel^ gegen die ursprüngliche, unter einem Azimuth von 45 stehende Ebene von I„· gedreht ist.

Das Licht I₁ ' wird vom Endspiegel 6 zurückgeworfen und geht ein zweites Mal in entgegengesetzter Richtung durch die Viertelwellenplatte 7. Als Ergebnis wird die linearpolarisierte Komponente I_n1· wiederum zurückverwandelt

L/ X

in zirkular-polarisiertes Licht. Dieses Mal ist jedoch der Drehsinn des zirkulären Lichtes umgekehrt. Wenn wir wie zuvor vom Spiegel 6 in Richtung auf den Strahlspalter PB 1 blicken, sehen wir, daß der Lichtvektor I₁'' entgegen dem Uhrzeiger dreht, wie durch den Kreispfeil in Fig. 3b angegeben, und nicht im Uhrzeigersinn, wie es der Vektor I₁ tat. Die %-Platte 7 hat die Drehrichtung der zirkularpolarisierten Komponente Ip₁■· des zurücklaufenden Lichtes I₁ ¹¹ umgekehrt (invertiert).

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Das Licht I₁ ¹¹ fällt wiederum auf den Strahlspalter PB Wie zuvor spaltet der Strahlspalter PB 1 den Vektor I₁ ¹¹ in zwei Komponente auf, die Komponente A-··, die in einer lotrechten oder vertikalen Ebene schwingt, und die Komponente B.¹¹, die in einer waagerechten Ebene schwingt. Die Komponente A₁ '' läuft jedoch der Komponente B-'■ um den Phasenwinkel 2 S voraus, wie oben erläutert wurde.

Da die vertikale Komponente A- in der Schleife entgegen dem Uhrzeiger in derselben Richtung umläuft, in der zuvor die Komponente A„ umlief, und da B- im Uhrzeiger läuft, wie zuvor B_Q, wird der Phasenwinkel zwischen den Komponenten verdoppelt und nicht aufgehoben. Der so durch Rekombination entstandene Vektor I_ des hervortretenden Lichtes ist wiederum elliptisch polarisiert, wodurch der zirkularpolarisierte Lichtanteil auf das Doppelte gewachsen ist. Die kurze Achse der Ellipse ist zweimal so groß wie zuvor. Der Richtungssinn der hervortretenden Resultierenden I_? ist jedoch gleich dem Uhrzeiger, d.h., wiederum entgegen demjenigen des einfallenden Lichtes I₁ ¹¹ (Fig. 3b).

Wenn das Licht I durch die ^k-Platte 7 läuft, geschieht dasselbe wie zuvor. Die linear-polarisierte Komponente I_Tρ_wird unverändert übertragen, aber die gewachsene zirkuläre Komponente ]!_,„ wird in linear-polarisiertes Licht umgewandelt, das in der vertikalen Ebene schwingt. Wegen des im Vergleich zum linear-polarisierten Anteil vergrößerten Teils des zirkular-polarisierten Lichtes wird aus der Viertelwellenplat.te 7 eine größere linear-polarisierte Lichtkomponente hervortreten, die in der vertikalen Ebene schwingt. Das resultierende, linear-polarisierte Licht im Verstärkermedium wird daher in einer Azimuthebene schwingen, die um den größer gewordenen Winkel 2 β gedreht ist.

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Ersichtlich wächst die Phasenverschiebung zwischen den beiden in entgegengesetzter Richtung durch die Schleife laufenden Lichtkomponenten mit jedem Umlauf» Wenn die Phasenverschiebung zwischen den beiden entgegengesetzt laufenden Komponenten einen Winkel von <£ = 90 = ^/ erreicht hat, wird das aus dem Strahlspalter PB 1 hervortretende Licht insgesamt zirkular-polarisiert sein» Dieser Fall ist in der perspektivischen Darstellung der Fig„ 3b erläutert»

Der beschriebene Ablauf wiederholt sich fortlaufend immer wieder. Das Ergebnis ist ein Umlauf oder eine Drehung der Ebene der Polarisation des linear-polarisierten Lichtes im Verstärkermedium. Die Winkelgeschwindigkeit dieser Drehung ist proportional der Winkelgeschwindigkeit, mit der das Lasersystem im Raum rotiert.

Obgleich in der Schleife zwei verschiedene Frequenzen der in Gegenrichtung durch die Schleife laufenden Strahlen vorhanden sind, schwingt das aus diesen beiden gegeneinander laufenden Lichtkomponenten zusammengesetzte Licht im Verstärkermedium stets mit derselben konstanten Frequenz. Das Licht im Verstärkermedium ist stets linear-polarisiert. die Polarisationsebene dreht sich mit einer Winkelgeschwindigkeit,, die proportional dem Frequenzunterschied der beiden in der Schleife gegeneinander umlaufenden Lichtkomponenten ist.

Es ist nicht kennzeichnend und bedeutend, ob die Viertelv.ellenplatte 7 um 90° um die Lichtstrahlachse gedreht wird, d.h., ob die schnelle und die langsame Achsen gegeneinander vertauscht werden. Dies kehrt lediglich die Drehrichtung des Azimuthwinkels β um. Die Azimuthebene des linear-polarisierten Lichtes im Verstärkermedium wird dann in der anderen Richtung umlaufen.

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Einzelheiten der Polarisationsformänderungen

Um die optischen Vorgänge in der vorgeschlagenen Laseranordnung über einen gestreckten Zeitraum besser überschauen zu können, werden die Lichtvektordiagramme, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind, nochmals und unabhängig davon in den Fig. 4a bis 4d über einen längeren Zeitraum dargestellt.

Die Diagramme geben die Ansicht in einer Blickrichtung wieder, die zu der Blickrichtung der vorgenannten Diagramme rechtwinklig anzunehmen ist, nämlich bei Betrachtung der Anordnung vom Spiegel 6 aus in Richtung zum Strahlspalter PB 1, und nicht in perspektivischer Wiedergabe wie in den Fig. 2 und 3.

Fig. 4 enthält folgende Vektordiagramme: Fig. 4a gibt die Phasenverschiebung zwischen den in entgegengesetzten Richtungen durch die Schleife laufenden Komponenten A und B wieder, wenn das Licht aus der optischen Schleife und dem Strahlspalter PB 1 nach konstanten Intervallen t herauskommt.

Fig. 4b beleuchtet die Polarisationsform des Lichtes, das nach jedem Zeitraum t aus dem Strahlspalter PB 1 herauskommt.

Fig. 4c stellt das linear-polarisierte Licht und seinen Azimuth im Verstärkermedium 5 dar.

Fig. 4d zeigt die Polarisationsform des Lichtes, wenn es auf den Strahlspalter PB 1 fällt, nachdem es nach jeder Periode t ein zweites Mal durch die A/-Platte hindurchgegangen ist.

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Aus dem Strahlspalter PB 1 hervortretendes Licht Fig. 4a und 4b

Das Vektordiagramm in Fig. 4a zeigt die Phasenverschiebung zwischen den Komponenten A und B nach jedem Umlauf oder Durchlauf durch die Schleife in den Zeitpunkten t_n„ t. ,

t„ t . Die konstante Dauer t zwischen diesen Augen-

blicken ist so gewählt,, daß ein Phasenverschiebungswinkel

Sq = 22,5° in jedem der gegeneinander laufenden Lichtstrahlen auftritt, wenn die optische Schleife mit einer bestimmten konstanten Winkelgeschwindigkeit (jj rotiert. Um das Verständnis zu erleichtern, kann angenommen werden, daß die Winkelgeschwindigkeit ca> und die Schleife groß genug sind, daß jedes Mal, wenn das Licht einmal die Schleife durchläuft, die Phase jeder der beiden hervortretenden Komponenten um den Winkel (fi. vergrößert wird.

Da die Komponente A mit jedem Umlauf um einen Winkel von

S_n - 22,5° vorrückt und der Vektor B um denselben Betrag verzögert wird, wird die gesamte Phasenverschiebung zwischen den beiden Komponenten "A und B_r im Zeitpunkt

χ χ

t den Betrag S= 2 J*_nx annehmen, worin χ die Zahl der Umläufe ist.

Das Vektordiagramm nach Fig. 4b zeigt die Form der Polarisation des Lichtes, wie es aus dem Strahlspalter PB 1 nach jedem Rundlauf in den Zeitpunkten t„, t-, t hervortritt.

Nachfolgend wird der Phasenwinkel ef zwischen den Komponenten A und B wie in Fig. 4a gezeigt und das resultierende Licht I , wie es aus dem Strahlenspalter PB 1 hervortritt, für jeden Zeitpunkt t_n, t₁, — t Schritt für Schritt besprochen.

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Zeitpunkt t_Q

Im Zeitpunkt t_Q beträgt die Dauer der abgelaufenen Zeit Null. Die Komponenten A» und B_n liegen beim Hervortreten aus der Schleife in Phase. Der resultierende Vektor I_ wird linear-polarisiert sein. Das Licht wird aus dem Strahlspalter PB 1 hervortreten und dabei in einer Azimuthebene von 45 schwingen, wie es bei Cj = 0 der Fall war. Dies ist in Fig. 4a durch die Vektoren A„ und B₀ angezeigt, die zusammenfallen, und in Fig. 4b durch den Vektor I_, der in einer Ebene schwingt, die gegen die Vertikale um 45° gedreht ist.

Zeitpunkt t.

Nach dem ersten Umlauf wächst der Phasenwinkel zwischen den Komponenten A₁ und B₁ auf /= 2 χ 22,5 = 45 . Zu diesem Zeitpunkt ist das resultierende Licht I. = A- + B₁ elliptisch polarisiert, wie in Fig. 4b gezeigt. Wie Fig. 4a zeigt, kann jede Lichtkomponente in zwei Unterkomponenten zerlegt werden. Die Komponente A₁ kann unterteilt werden in die Komponenten A_L1 und A-,- . In der gleichen Weise kann die Komponente B₁ unterteilt werden in die Komponenten B_L1 und B_C1. Die Komponenten A₁ . und B,.. liegen in Phä:se

Ko
Phase.

Die Komponenten A₀₁ und B₀₁ liegen jedoch um 90 außer

Die Resultierende 1/2 I_Q = A_L1 ■+ B_L1 aus den Vektoren A_L1 und B₁.₁ stellt wiederum linear-polarisiertes Licht dar, das in einer Ebene mit einem Azimuth von 45 schwingt, wie in Fig. 4b angezeigt. Die Vektoren A₀₁ und B₀₁ führen zu zirkular-polarisiertem Licht. A^₁ nimmt sein Maximum an, wenn B-.. gleich Null ist.

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Die geometrische Summe dieser linear- und zirkular-polarisierten Komponenten führt zu elliptisch polarisiertem Licht, wie in Fig. 4b durch den Vektor I₁ gezeigt« Wenn wir wiederum annehmen, daß die Richtung der Winkelgeschwindigkeit im Uhrzeigersinne läuft, wie zuvor, dann dreht sich der Vektor I- im Diagramm nach Fig. 4b ebenfalls im Uhrzeigersinne. Die Drehrichtung des Vektors I₁ ist in Fig. 4b durch den Drehpfeil quer über dem Vektor I₁ angegeben.

Zeitpunkt t„

Nach zwei Umläufen, hat die Phasenverschiebung zwischen A_ und Bp den Winkel<f= 4 χ 22,5° = 90° erreicht. Jetzt wird das aus dem Strahlspalter PB 1 hervortretende Licht vollständig zirkulär—polarisiert sein. Der resultierende Lichtvektor I„ wird wie zuvor im Uhrzeigersinne umlaufen, wie in Fig. 4b angegeben, und als Spur einen Kreis beschreiben. Die Komponente A_ wird zuerst auftauchen und später der Vektor B_?, um 90° phasenverschoben. Das heißt, die Komponente A_? wird schon zu Null gev/orden sein, wenn das Maximum der Komponente Bp aus dem Strahlspalter PB 1 hervortritt.

Zeitpunkt t_

Der Vektor B₃, der die Schleife dreimal durchlaufen hat, wird gegen den Vektor A₃ um den Phasenwinkel<f = 2 χ 3 χ 22,5 = 135° verschoben sein, wie in Fig. 4a gezeigt. Wiederum kann der Vektor A₃ in die Komponenten A_L3 und A_C3 aufgespalten werden und der Vektor B₃ in die Komponenten B_L„ unf B_c3, wie in Fig. 4a gezeigt. Die Komponenten A_L3 und Bjo liegen einander entgegengesetzt parallel, d.h., d^=° Dies bedeutet, daß die Komponente A_L„ positiv ist, wenn die Komponente B_L3 negativ ist, und umgekehrt.

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2ψ-

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Wenn diese beiden Komponenten, die geometrisch gegeneinander um 90° gedreht sind, addiert werden, entsteht linearpolarisiertes Licht. Die Azimuthebene ist jedoch um 90° gegen die Ebene des Vektors I_Q gedreht. Dies kann leicht der Fig. 4b entnommen werden. Wenn wir die Richtung der Komponente B umkehren, jedoch die Komponente A in der Ursprungsrichtung lassen, ist der resultierende Vektor I. um 90° gedreht.

Eine zirkular-polarisierte Komponente wird der Komponente linear-polarisierten Lichtes, die in der Ebene I. schwingt, überlagert. Das zirkular-polarisierte Licht leitet sich von den Vektoren A~₃ und B_₃ ab, die zueinander rechtwinklig stehen. Da die Komponente A„„ wiederum der Komponente B~_o

Uo to

um 90° vorausgeht, zirkuliert der hervortretende Lichtvektor wiederum im Uhrzeigersinne.

Die Summierung des linear- und des zirkular-polarisierten Lichtes wird wiederum zu elliptisch polarisiertem Licht und der resultierende Vektor I„ läuft im Uhrzeigersinne um, wie Fig. 4b erkennen läßt.

wenn wir die Ellipse, die vom Vektor I₃ gespurt wird, mit der des Vektors I- vergleichen, sehen wir, daß beide identisch sind. Beide Vektoren I₁ wie auch I„ laufen im Uhrzeigersinne um. Die große Achse der beiden Ellipsen sind jedoch im Azimuth um 90 gegeneinander gedreht.

Zeitpunkt t.

Die Vektoren A₄ und B₄ liegen um S= 2x4= 180° außer Phase.Als Ergebnis erscheint der resultierende Vektor I₄, der linear-polarisiert ist, jedoch schwingt das Licht in

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einer Ebene, die in Bezug auf die Azimuthebene von Iq um 90° gedreht ist, wie Fig. 4b zeigt.

Zeitpunkt t_&

Die Vektoren A₁- und B₁- können itfiederum in zwei Komponenten aufgespalten werden, weil der Phasenwinkel zwischen ihnen 225° beträgt, wie Fig. 4a zeigt» Die Komponenten A₁ ,_ und B₁. _c liegen um 180° außer Phase, Dies führt daher auf linearpolarisiertes Licht, das in derselben Azimuthebene wie der Vektor ~L. schwingt. Die beiden anderen Komponenten A_nc- und B_nJ- stehen senkrecht aufeinander und ergeben daher zirkular-polarisiertes Licht. Diese zirkular-polarisierte Licht ist jedoch orthogonal zu dem soeben erörterten zirkular-polarisierten Licht. Die Drehrichtung ist umgekehrt. Als ein Ergebnis zeichnet oder spurt der Vektor I₁. die Ellipse entgegen dem Uhrzeigersinne, d.h., entgegen derjenigen des Vektors Ι_. Im übrigen sind die Ellipsen von I„ und I₁- identisch, wie Fig. 4b zeigt.

Zeitpunkt t_ß, t„ usw.

Wir könnten mit der Erläuterung der Vektoren I_ß, 1„ usw. in der gleichen Weise wie bisher fortfahren. Aus dem oben Gesagten ergibt sich aber ausreichend klar, daß der Vektor I_fi wiederum zirkular-polarisiertes Licht darstellt und der Vektor I₇ elliptisch polarisiertes Licht, wodurch die Ellipse identisch mit der von I. wird, nur daß sich eben der Vektor I₇ entgegen dem Uhrzeiger dreht, d.h., entgegen der Richtung von I., . Der Vektor I_ß stellt wiederum linearpolarisiertes Licht dar, das in der Azimuthebene des Vektors I₀ schwingt, usw.. Diese und die folgenden Vektoren I„ bis I₁I-Ii wie sie im Vektordiagramm der Fig. 4b gezeigt sind und aus denen die Polarisation gebildet wird, sind leicht erkennbar.

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_Flwb - 26- MERTENS & KEIL

Zusammenfassend können wir feststellen, das aus dem Strahlspalter PB 1 hervortretende Licht ändert sich von linearpolarisiertem Licht, das in der Azimuthebene von I_Q schwingt, zu elliptisch und zirkular-polarisiertem Licht und wiederum zu linear-polarisiertem Licht, nachdem zwischen den Komponenten A. und B₄ ein Phasenwinkel (f von 180° erreicht worden ist. Die resultierenden Vektoren I„ und I. sind orthogonal. Bis zu diesem Punkt behält die zirkuläre Polarisation dieselbe Zirkulations- oder Drehrichtung. Wenn das Licht nach dem Vektor I₄ sich wieder ändert in elliptisch und zirkular-polarisiertes Licht usw., wird die Drehrichtung umgekehrt, wie in Fig. 4b beleuchtet.

Licht im Verstärkermedium
Fig. 4c

Wir untersuchen nun das Licht im Verstärkermedium in denselben Zeitintervallen wie zuvor. Das aus dem Strahlspalter PB 1 hervortretende Licht wird wie gesagt immer durch die V-Platte 7 in linear-polarisiertes Licht umgewandelt, wie in Fig. 4c gezeigt.

Zeitpunkt t_Q

Das aus dem Strahlspalter PB 1 im Zeitpunkt t_Q hervortretende Licht ist linear-polarisiert und schwingt in der 45°-Azimuthebene. Da diese Ebene parallel der optischen Achse der

^-Platte 7 liegt, geht das Licht durch die Platte ungeändert hindurch, wie in Fig. 4c angezeigt ist durch I '=I_. Im Zeitpunkt t~ ist das Licht im Verstärkermedium daher linear-polarisiert un schwingt in der ursprünglichen 45°- Azimuthebene.

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Zeitpunkt t..

Im Zeitpunkt t₁ sind die Komponenten A„ und B. gegeneinander um S = 2/8 X = 45° verschoben (Fig. 4a). Das aus dem Strahlspalter PB 1 hervortretende Licht ist,, wie Fig. 4b zeigt, elliptisch polarisiert. Die eine Hälfte des elliptisch polarisierten Lichtes ist linear-polarisiert, die andere Hälfte zirkulär.

Die linear-polarisierte Komponente A.., + Bj ₁ geht ungeändert durch die ^/-Platte 7. Die Zirkularkomponente wird in linear-polarisiertes Licht umgewandelt. Wegen der Lage der langsamen Achse S der "!/-Platte, wie in Fig. 4c angegeben, schwingt das aus der ^,-Platte herauskommende linear-polarisierte Licht in der vertikalen Azimuthebene. Die Resultierende I₁' aus den beiden linear-polarisierten Lichtkomponenten A_T, + B_T . und aus der Zirkularkomponente A_cl + B_cl wird gegen den Vektor !„' im Uhrzeigersinne bei einem Winkel von ^_n = 22,5° gedreht. Somit haben wir im Verstärkermedium wiederum linear-polarisiertes Licht, das in einer Azimuthebene schwingt, die um den Winkel ß_Q gedreht ist.

Zeitpunkt t„

Im Zeitpunkt t_? tritt nur zirkular-polarisiertes Licht aus dem Strahlspalter PB 1 hervor, wie Fig. 4b zeigt. Der Richtungssinn dieses Lichtes ist der Uhrzeigersinn. Es wird durch die ^-Platte in linear-polarisiertes Licht umgewandelt, das in der vertikalen Ebene schwingt. Der Vektor I ' schwingt in einer Azimuthebene, die um einen Winkel 2 β^ = 45° gegen die Ebene I · gedreht ist.

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Fixe - ρ? -- 2Z- MERTENS & KEIL

Zeitpunkt t₃

Wie in Fig. 4b gezeigt, ist das aus dem Strahlspalter PB kommende Licht wiederum elliptisch polarisiert, wobei jedoch die Hauptachse der Ellipse gegen den Azimut von I₀ um verschoben ist. Da der Richtungssinn des zirkular-polarisierten Lichtes derselbe wie zuvor ist, schwingt das durch die M-Platte 7 umgewandelte Licht wiederum wie zuvor in senkrechter Lage. Dieses umgewandelte linear-polarisierte Licht wird der linearen Komponente hinzugefügt, die wiederum ungeänderte durch die %-Platte hindurchgeht, und diese summieren sich zu dem Vektor I₃'. Die Resultierende I₃ ¹ ist um einen Winkel von 3 A_n = 67,5° verschoben.

Zeitpunkt t.

Die Resultierende I- ist gemäß Fig. 4b wiederum linear polarisiert. Der Vektor I₄ ¹ schwingt daher wiederum in der Ebene der optischen Achse der ^,-Platte und geht ungeändert durch sie hindurch. Als Ergebnis schwingt der Vektor I₄ ¹ in einer Ebene, die gegenüber I ' 4ä_q = 90° gedreht ist. ""■-■-

Zeitpunkt t₅ usw.

Die Resultierende 1^' ist abgeleitet von linear- und zirkular-polarisiertem Licht. Da die elliptisch polarisierten Strahlen I- und I₅ orthogonal polarisiert sind, wie Fig. 4b zeigt, wobei nämlich die große Achse der Ellipse um 90° gedreht und der Richtungssinn der Zirkularkomponente reversiert ist, sind die linear-polarisierten Komponenten von Ic'» wie Fig. 4c zeigt, beide um 90° gegenüber jenen von I.¹ verschoben. Als Ergebnis ist der Vektor I₅ ¹ mit

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einem Winkel 5 S_Q = 112,5° gegen I ' gedreht-

Nach der obigen Besprechung kann die Lage der Lichtkomponenten im Verstärke,
hergeleitet werden.

nenten im Verstärkermedium zu späteren Zeitpunkten t leicht

Ji.

Allgemein kann festgestellt werden: Das Licht im Verstärkermedium ist linear polarisiert und schwingt mit konstanter Frequenz. Die Polarisationsebene dreht sich mit einer Geschwindigkeit, die proportional der Wickelgeschwindigkeit LO des Systems im Inertialraum ist.

Lichteinfall auf den Strahlenspalter PB 1 Fig. 4d

Nachdem das linear-polarisierte Licht durch den Endspiegel 6 zurückgeworfen worden ist, geht es ein zweites Mal durch die '/'-Platte 7. Dieses Mal wird das linear-polarisierte Licht des Verstärkermediums in linear-_s elliptisch- oder zirkular-polarisiertes Licht zurückverwandelt, je nach der Lage der Polarisationsebene in bezug zur optischen Achse der %-Platte 7. Das zurückkehrende Licht wird jedoch im Richtungssinn der zirkular-polarisierten Komponente umgekehrt. Dies beleuchtet Fig. 4d, die die Lichtvektoren zeigt, die sich zwischen der y^-Platte 7 und dem Strahlspalter PB 1 befinden. Das Bild in Fig. 4d ist gleich dem der Fig. 4b bezüglich des aus dem Strahlspalter PB 1 hervortretenden Lichtes, ausgenommen der Richtungssinn der zirkular-polarisierten Komponente. Die Vektoren I₁ · ' , I„^M, I₁-¹¹ usw. des elliptisch-polarisierten Lichtes drehen sich daher stets entgegen dem Drehsinn der Vektoren I₁, I , I₁- usw., wie durch die quer über diese Vektoren gezeichneten Kreisbogenpfeile angezeigt ist.

Mit dem Diagramm nach Fig. 4d ist der Ring geschlossen. Um die Umwandlung des Lichtes auf seinem Weg durch den

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optischen Kreis zu erkennen, brauchen wir nur von Fig. 4d zurück zu Fig. 4b zu gehen und den Indexzahlen zu folgen. Damit können wir ohne Schwierigkeit die optischen Vorgänge in dem vorgeschlagenen Lasersystem über einen gestreckten Zeitraum verfolgen.

Mit dieser Überlegungen wird klar, daß das Licht im Verstärkermedium stets linear-polarisiert ist und in einer Ebene schwingt, die sich proportional zur Winkelgeschwindigkeit des ganzen Systems im Inertialraum dreht. Da die Frequenz der Lichtschwingung im Verstärkermedium stets konstant ist, kann ein Einrasten (mode-locking) nicht auftreten.

WEITERE GESTALTUNG UND AUSLEGUNG DES ENTWURFS Gestaltung nach Fig. 1

Angesichts der obigen Besprechung ist leicht zu erkennen, wie die Winkelgeschwindigkeit im Inertialraum durch die Anordnung nach Fig. 1 gemessen werden kann. Ein kleiner Teil des linear-polarisierten Lichtes geht durch den Endspiegel 6 und den Polarisationsanalysator 8 zum Photodetektor 9. Wenn sich die Polarisationsebene dreht, ändert sich die Lichtintensität am Photodetektor 9. Wenn die Polarisationsebene parallel zur Übertragungsebene des Polarisationsanalysators 8 liegt, wird das gesamte aus dem Endspiegel 6 herauskommende Licht auf den Photodetektor 9 fallen. Wenn die Polarisationsebene rechtwinklig zur Übertragungs- oder Durchlassungsebene liegt, ist das Licht gesperrt. Das Ergebnis ist eine Schwankung des Lichtes am Photodetektor 9, wenn sich die Polarisationsebene im Verstärkermedium dreht. Mit jeder Umdrehung der Polarisationsebene treten am Photodetektor zwei Lichtschwankungen oder -schwingungen auf. Das Ergebnis ist ein sich sinusförmig ändernder Photostrom, dessen Periode oder Zyklen

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vom Zähler 11 gezählt werden können. Die Zahl der Zyklen oder Perioden sind ein Maß für den Winkel, um den das ganze System im Inertialraum gedreht worden ist.

Gestaltung nach Fig. 5

Die Genauigkeit des Meßverfahrens kann in hohem Maße verstärkt werden durch Messen des Winkels anstatt des Zählens der Perioden. Der Azimutwinkel des polarisierten Lichtes kann mit einer Genauigkeit gemessen werden, die besser ist als eine Bogensekunde.

Wie eine solche Genauigkeit erreicht werden kann, wird anhand der Fig. 5 erläutert. In der dort gezeigten Anordnung wird die Drehung der Polarisationsebene im Verstärkermedium durch eine Halbwellenplatte 12 ausgeglichen, die durch den Stellmotor (servo) 13 gedreht v/ird. Die umlaufende Halbwellenplatte 12 ist zwischen das Entladungsrohr 5 und die A^-Platte 7 eingesetzt. Die Halbwellenplatte 12 wird durch den Servomotor 13 so gedreht, daß der Drehwinkel der Polarisationsebene im Verstärkermedium steht in ihrer Nullstellung gehalten bleibt. Dies wird durch die Photodetektoren 9a und 9b bewerkstelligt, die den Stellmotor 13 über den Verstärker 10 speisen.

Statt eines einfachen Polarisationsfilters (polaroid sheet), wie in Fig. 1, wird als Polarisationsanalysator ein Wollast on-Prisma 8 benutzt. Mit einem Wollaston-Prisma wird das vom Endspiegel 6 kommende linear-polarisierte Licht in zwei orthogonal-polarisierte Komponenten aufgeteilt. Wenn die Polarisationsebene gegen das Wollaston-Prisma 8 gedreht wird, nimmt die Lichtintensität an dem einen Photodetektor, beispielsweise 9a, zu, während die Intensität am zweiten Photodetektor 9b abnimmt. Dies führt zu

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einem der Differenz der Ströme aus 9a und 9b proportionalen Photostrom zum Verstärker 10. Die Photodetektoren 9a und 9b befinden sich zusammen mit dem Widerstand 14 in einer Brückenschaltung. In der Nullstellung der Polarisationsebene haben beide aus dem Wollaston-Prisma hervortretenden Lichstrahlen die gleiche Intensität. Dasselbe gilt für die Photoströme, die in den beide-n Photodetektoren erzeugt werden. Als Ergebnis ist der Photostrom zum Verstärker 10 Null, wenn die Polarisationsebene die Nullage einnimmt. Wenn die Polarisationsebene sich aus der Nullage herausdreht, empfängt der Verstärker 10 ein positives oder ein negatives Signal, je nach der Drehrichtung der Polarisationsebene. Dann erhält der Servomotor 13 vom Verstärker 10 einen Strom, der ihn die Halbwellenplatte 12 so drehen läßt, daß die Nullstellung der Polarisationsebene im Verstärkermedium wieder hergestellt wird.

Es ist klar, daß der Winkel, um den der Servomotor 13 die Halbwellenplatte 12 dreht, proportional dem Drehwinkel des gesamten Lasersystems im Inertialraum ist. Zur Steuerung des Motors ist nur eine kleine Fehlerauslenkung oder Regelabweichung der Polarisationsebene in bezug zu ihrer Nullage erforderlich. Wegen des kleinen Auslenkwinkels kann das Entladerohr 5 in üblicher Weise mit Brewster-Fenstern in der Anordnung nach Fig. 5 ausgestattet werden. Brewster-Fenster würden nicht die geforderte kleine Winkelauslenkung oder -abweichung der Polarisationsebene verhindern.

Es mag festgehalten werden, daß die Halbwellenplatte 12 auch zwischen dem Endspiegel 12 und dem Wollaston-Prisma 8 angeordnet werden kann. In diesem Falle würde sich die Polarisationsebene im Verstärkermedium um volle 360° drehen und die Brewster-Fenster am Entladerohr wären nicht möglich.

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Die besprochene mechanische Drehung der Halbwellenplatte hat den Vorteil, daß die Anordnung als eine Art Mutterkompass oder Geberkompass zur Speisung von Tochter- oder Nachlaufkompassen, z.B. an Bord von Schiffen, verwendet werden könnte.

Gestaltung nach Fig. 6

Wenn mechanisch bewegbare Teile, wie die sich drehende Halbwellenplatte 12 und der Motor 13, nicht gewünscht werden, ist eine noch andere Gestaltung möglich, in der bewegbare Teile ganz vermieden sind. Ein solcher Aufbau ist in Fig. gezeigt, nach der die Drehung der Polarisationsebene im Verstärkermedium vollständig durch einen Lichtmodulator 16 kompensiert wird. Der Lichtmodulator kann ein photoelastischer Verzögerungsmodulator oder Retarder oder irgendeine andere Art auf dem Markt erhältlicher verfügbarer Modulatoren wie etwa eine Pockel-Zelle sein. Die optische Achse des Modulators 16 ist parallel bzw. senkrecht zur Papierebene ausgerichtet, d.h., daß sie um 45 gegenüber der Nullebene der Schwingung des aus dem Strahlspalter PB hervortretenden polarisierten Lichtes geneigt oder gekippt ist. In der Andeutung nach Fig. 6 ändert das vom Verstärker 10 gelieferte Signal die Verzögerung (Retardation) des Modulators 16 derart, daß er zu einer negativen oder positiven Verzögerungs- oder Retarderplatte wird. Dann wird wegen der Stellung der optischen Achse des Lichtmodulators 16 das aus dem Strahlspalter PB 1 hervortretende zirkularpolarisierte Licht stets in linear-polarisiertes Licht umgewandelt, das in der ursprünglichen 45°-Nullebene schwingt. Wenn der elektrische Steuer- oder Regelkreis richtig justiert ist, wird der Lichtmodulator stets jedes zirkulär- oder elliptisch-polarisierte Licht, das aus dem Strahlspalter PB 1 kommt, in linear-polarisiertes Licht umwandeln, das in der Nullebene schwingt.

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Weiter kommt in der Anordnung nach Fig. 6 das Licht aus dem Lasersystem, das die Photosensoren 9a und 9b steuert, aus dem optischen Kreis nicht durch die Endspiegel 6 hindurch, wie in den Fig. 1 und 5 gezeigt, sondern es wird von einem nichtpolarisierenden Strahlenspalter 15 abgelenkt, der in den Laserhohlraum eingesetzt ist. Dieser Strahlenspalter 15 besteht aus einer einfachen Glasplatte, die mit einem Winkel geneigt ist, der nahe dem Brewster-Winkel liegt, so daß nur ein kleiner Teil des Laserlichts gegen ein Wollaston-Prisma abgelenkt wird, dem Photodetektoren 9a und 9b zugeordnet sind, die mit dem Widerstand 14 in einer Brückenschaltung liegen.

In dem optischen Kreis nach Fig. 6 bleibt die ^-Platte 7 nur, um die restlichen Teile zirkularer Polarisation, die nicht durch den Lichtmodulator 16 umgewandelt sind, in linear-polarisiertes Licht umzuwandeln.

Der zusätzliche Strahlenspalter 15 ist natürlich nicht unbedingt nötig. Die Photodetektoren könnten so wie in Fig. 5 angeordnet werden, so daß sie ihr Licht durch den Endspiegel 6 empfangen. Dann aber würde wiederum die Polarisationsebene ein wenig im Verstärkungsmedium rotieren. Mit der Anordnung nach Fig. 6, in der der zusätzliche Strahlenspalter 15 benutzt wird, kann dagegen eine Fehlerdrehung der Polarisationsebene von praktisch Null erreicht werden. Wenn, was möglich ist, das Analysatorsystem empfindlich genug für die Feststellung (Detektion) von Phasenverschiebungen infolge nur eines einzigen Umlaufs des Lichtes durch die Schleife ist, dann tritt tatsächlich nicht die geringste Änderung in dem Licht des Verstärkermediums auf. In der Anordnung nach Fig. 6 wird der Winkel der Rotation im Inertialraum durch einen Zähler 11 oder in irgendeiner anderen bekannten Weise angezeigt.

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Ein anderes Merkmal besteht darin, daß in diesem System keine durch den Fizeau-Effekt verursachte'NuI!.verschiebung auftritt. Jede durch die Gasströmung im Verstärkermediuni 5 verursachte Fehler wird selbsttätig ausgeglichen, weil jeder Teil des Lichtstrahles durch denselben Punkt des Verstärkermediutns ein zweites Mal in entgegengesetzter Richtung läuft. Es sollte möglich sein, als Laser auch einen Ga-As-Diodenlaser zu verwenden, insbesondere dann, wenn die Polarisationsebene im Verstärkermedium an einer Drehung gehindert wird oder gehindert ist.

Die Erörterung zeigt, daß mit dem durch die vorliegende Erfindung angegebenen Lasersystem ein einfacher, sehr genauer Laserkreisel geringer Größe möglich ist.

Weitere Abwandlungsformen

Wenn eine Ga-As-Diode anstelle eines He-Ne-Verstärkerraediums benutzt wird, ist ein Drehfühler mit sehr kleinen Abmessungen möglich. Die Figuren 7 und 8 stellen einen solchen Entwurf dar.

Die Schleife in Fig. 7 besteht aus dem quadratisch geformten Prisma 17 aus gesintertem Quarz. Dieses Prisma bildet zugleich die eine Hälfte des polarisierenden Strahlspalters PB 1, wie er in den vorangegangenen Darstellungen (Fig. 1, 5 und 6) gezeigt ist. Lediglich der Teil PB la des polarisierenden Strahlspalters hat die Dreiecksform wie zuvor. Die zweite Hälfte des polarisierenden Strahlspalters wirkt also zugleich als Teil der optischen Schleife. Die Ecken des Quarzkörpers 17 sind so geschnitten, daß sie als die Eckenspiegel 2, 3 und 18 dienen. Somit wird der Quarzkörper 17 zu einem Achteck (Octagon). An der vierten Ecke des Quarzkörpers 17 ist der Teil PB la des polarisierenden Strahlspalters befestigt.

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An der Stirnseite des Prismas PB la ist eine Viertelwellenplatte 7, deren Aufgabe oben besprochen worden ist, in der gleichen Weise wie in den oben diskutierten optischen Kreisen angeordnet. Die optische Achse der Viertelwellenplatte 7 ist um 45 gegen die Papierebene gedreht, wie oben beschrieben. In Fig. 7 ist die Lage der optischen Achse der Platte 7 nicht erkennbar.

Die Ga-As-Diode sitzt auf der Stirnseite der Platte 7 und übernimmt den Platz des He-Ne-Entladungsrohres 5 in den oben erörterten optischen Kreisen. Die Außenfläche der Ga-As-Diode 18 kann mit einem reflektierenden Überzug 6 versehen sein, der das Licht in der gleichen Weise wie der Spiegel 6 der früher beschriebenen Gestaltungen reflektiert. Die Diode 18 erhält ihre elektrische Leistung aus dem Generator 22.

Auf der anderen Seite des als gleichzeitiges Dreieck ausgebildeten Teils PB la ist eine weitere Viertelwellenplatte 19 befestigt, deren optische Achse wiederum um einen Winkel von 45° gegenüber der Papierebene gedreht ist. Diese Viertelwellenplatte ersetzt die Halbwellenplatte 4 der früher beschriebenen Kreise. Die Außenseite der Platte 19 ist mit einem reflektierenden Überzug versehen, der den Durchgang eines kleinen Bruchteils des Lichts erlaubt. Dieser Bruchteil übertragenen Lichtes geht durch die Polarisationsanalysatorplatte 20 zum Photofühler 21. Der im Photofühler 21 erzeugte Photostrom wird durch den Verstärker 10 verstärkt und durch das Instrument 11 angezeigt.

Das Instrument 11 kann ein einfacher Zähler zum Zählen der Lichtfluktuationen oder Schwankungen am Lichtfühler 21 sein oder ein Meßgerät, daß das Maß der Polarisationsumwandlung mißt, d.h. den Phasenverschiebungswinkel zwischen den beiden entgegengesetzt laufenden Lichtkomponenten in der optischen Schleife, in Abhängigkeit von der besonderen

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Art der Anordnung, wie sie weiter unten besprochen wird. Die Analysatorplatte 10 neben der Platte 19 kann aus einer einfachen polarisierenden Platte oder Folie bestehen, oder ein Nicol- oder Wollaston-Prisma sein, wiederum je nach der Art des gewünschten Systems, d.h. wenn die Schwankungen oder Fluktuationen oder nur kleine Phasenverschiebungswinkel festgestellt werden müssen.

Die Strahlspur des Lichtes ist in Fig. 8 dargestellt. Der Lichtstrahl 23, der aus der Ga-As-Diode 18 hervortritt, wird durch den polarisierenden Strahlspalter in zwei orthogonale linear-polarisierte Komponenten 23a und 23b in derselben Weise wie oben besprochen polarisiert. Die Polarisationsebene, in der das Licht der Komponenten schwingt, ist in Fig. 8 durch Punkte und Striche und die Richtung des Lichtes durch hinter ihnen liegende Pfeilspitzen angezeigt. Zwei Punkte bedeuten, daß die Lichtkomponente rechtwinklig zur Papierebene schwingt; zwei parallele Striche bedeuten, daß die Lichtkomponente parallel zu ihr schwingt.

Zuerst sei die Lichtkomponente 23a betrachtet, die rechtwinklig zur Papierebene schwingt, d.h. rechtwinklig zu der Ebene des Einfalls in den polarisierenden Strahlspalter PB 1; diese Lichtkomponente wird in Richtung auf die Viertelwellenplatte 19 abgelenkt. Da das meiste Licht durch den reflektierenden Überzug der Platte 19 zurückgeworfen wird, kehrt es zum Strahlspalter PB 1 zurück. Infolge der beiden Lichtdurchgänge durch die Viertelwellenplatte 19 wirkt die Platte 19 jedoch als eine oder wie eine Halbwellenplatte. Sie dreht die Schwingungsebene des zweimal durchgelassenen, linear-polarisierten Lichtes um 90°, also in der gleichen V/eise, wie es die Halbwellenplatte 4 in den oben beschriebenen Anordnungen tut»

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Da die Komponente des zurückkehrenden Lichtes jetzt parallel zur Einfallsebene des Strahlspalters PB 1 schwingt, wird sie dieses Mal durchgelassen und durchläuft die Schleife im Uhrzeigersinne. Nach diesem Umlauf durch die Schleife kann die Komponente wiederum gerade durch den Strahlspalter PB 1 zur Ga-As-Diode 18 gehen, wie es in Fig. 8 angezeigt ist.

Im Gegensatz dazu geht die Lichtkomponente 23b, die parallel zur Einfallsebene des Strahlspalters PB 1 schwingt, am Anfang gerade hindurch. Diese Komponente 23b durchläuft die Schleife entgegen dem Uhrzeiger und geht dann durch den Strahlspalter PB 1 zur Viertelwellenplatte 19. Hier wird sie in derselben Weise reflektiert wie die andere Lichtkomponente und die Schwingungsebene wird um 90 gedreht. Somit schwingt jetzt die von der Platte 19 zurückkommende Lichtkomponente 23b in einer zur Reflektionsebene des Strahlspalters PB 1 lotrechten Ebene. Sie wird daher reflektiert und kehrt zur Ga-As-Diode zurück. Grundsätzlich ist die vorherrschende Situation hier identisch jender der oben besprochenen Anordnung.

Diese besondere Ringlaserkonfiguration macht daher unterschiedliche Betriebsarten möglich. Eine davon ist das Betreiben einer Ga-As-Diode mit kontinuierlicher Wellenschwingung. In diesem Falle wird die Lichtintensität an der Fotodiode 21 schwanken, wenn das System einer Winkelgeschwindigkeit LU ausgesetzt wird. Die Schwankungsfrequenz wird proportional der Winkelgeschwindigkeit öl/sein wie im Falle des normalen He-Ne-Gasringlasers. Die Lage ist die gleiche wie die anhand der Fig. 1 beschriebene. Das Licht in der tia-As-Diode würde linear-polarisiert werden und die Polarisationsebene läuft mit einer Winkelgeschwindigkeit um, die proportional der Winkelgeschwindigkeit α-*des Systems im Inertialraum ist.

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Statt die Lichtschwankungen zu zählen, könnte das Maß der Polarisationsumwandlung, die durch die Winkelgeschwindigkeit

Oj verursacht ist, ebenfalls durch Verwendung einer Ellipsometeranordnung statt einer einfachen Polarisatorplatte erfaßt werden. Auf diese Weise könnten kleine Winkelgeschwindigkeiten tu nach viel kürzeren Zeitintervallen im Gegensatz zum Zählen der Schwankungen der Lichtintensität gemessen werden. Als Ergebnis kann der Quarzkörper 17 viel kleiner gehalten werden. Die Zeit zur Erlangungen der Messung eines kleinen Winkels wird um Größenordnung kürzer als die Zeit sein, die für das Zählen der LichtSchwankungen erforderlich ist.

Es ist natürlich möglich, hier auch die in Verbindung mit den Fig. 5 und 6 besprochenen Verfahren zum Verhindern der Drehung der Schwingungsebene des linear-polarisierten Lichtes in der Ga-As-Diode anzuwenden,

Ein anderes Verfahren zur Verwendung der Anordnung nach Fig. 4 ist die Anwendung einer gepulsten Ga-As-Diode. Dies kann einfach durch Verwendung eines Impulsgenerators 22 erreicht werden. Eine mit Impulsen beschickte Ga-As-Diode ergibt einen Drehgeschwindigkeitsfühler, der die Winkelgeschwindigkeit Uf statt des Winkels mißt.

Wenn die Ga-As-Diode so mit Impulsen beschickt wird, daß die Länge der Impulse und der Intervalle zwischen den Impulsen konstant sind, ist der im Fotofühler 21 induzierte Fotostrom porportional der Winkelgeschwindigkeit uj . Das Instrument 11, das ein einfacher Strommesser sein könnte, würde den verstärkten Fotostrom messen und der Ausschlag würde ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit uJ sein. Da mit einer Ellipsometeranordnung sehr feine und kleine Änderungen in der Polarisationsumwandlung feststellbar sind,

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könnte der Quarzkörper 17 wiederum sehr kleine Abmessungen haben.

Statt der Benutzung von Lichtimpulsen konstanter Dauer könnte deren Länge so verändert werden, daß am Fotofühler 21 ein konstanter Fotostrom erhalten wird. In diesem Falle würde die Länge der Lichtimpulse der Ga-As-Diode so gesteuert, daß der im Fotofühler 21 induzierte Fotostrom konstant bleibt. Die Länge der Lichtimpulse würde dann das Maß für die Winkelgeschwindigkeit uj sein.

Schließlich mag noch erwähnt werden, daß andere Arten von Festkörperlasern wie Glaslaser usw. anstelle der Ga-As-Diode verwendet werden könnne. In derselben Weise sind Abwandlungen des Quarzkörpers 17 möglich. Der Lichtstrahl muß nicht unbedingt durch den Quarzkörper selbst hindurchgehen, sondern könnte auch durch einen Kanal im Quarzkörper laufen.

Es ist klar, daß auf dem beschriebenen Prinzip ein Ringlaser kleinster Abmessungen möglich ist. Dies gewährleistet zur gleichen Zeit, daß die Eckenspiegel oder Eckspiegel 2, 3 und 18, die Teil des kleinen gesinterten Quarzkörpers 17 sind, an jeder Bewegung in Bezug zueinander gehindert sind, was andernfalls zu Fehlern führen würde. Dasselbe gilt für den Strahlspalterteil PB la, die Viertelwellenplatten 7 und 19, die Ga-As-Diode usw., die ebenfalls mit dem Quarzkörper 17 starr verbunden werden können. Dies zeigt, daß mit dem besprochenen System ein kleiner, widerstandsfähiger Drehgeschwindigkeitsfühler gebaut werden kann, der resistent und immun gegenüber mechanischen Stoßen und Umgebungsschwingungen und Erschütterungen ist und gleichzeitig eine hohe Genauigkeit bietet.

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Claims (21)

F26J -- - ■ ■ ^f_ ' - !VIERTENS & KEIL Patentansprüche:

1. Drehempfindliches Ringlasersystem mit einer Vorrichtung zum Aufspalten eines Strahles polarisierten Lichtes, das aus einem Laserverstärkermedium stammt, in zwei linearpolarisierte Komponenten, die einen ordentlichen Strahl und einen außerordentlichen Strahl enthalten, und zum Wiedervereinigen der Komponenten, mit mehreren lichtreflektierenden Flächen, die eine optische Schleife bilden, die in entgegengesetzten Richtungen einander gleiche, geschlossene optische Pfade für die Komponenten festlegen, mit der Anordnung der Aufspalt- und V/iedervereinigungsvorrichtung in der Schleife und mit der Anordnung des Laserverstärkungsmediums außerhalb der Schleife, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserverstärkermedium Licht auf die Aufspalt- und V/iedervereinigungsvorrichtung PB 1 richtet und von dort empfängt, daß die Schwingungsebenen der Strahlen vertauscht werden, so daß ihre Wiedervereinigung durch die Wiedervereinigungsvorrichtung möglich ist, daß zwischen dem Verstärkermedium und der Aufspalt- und Wiedervereinigungsvorrichtung eine Vorrichtung (7) zum Umwandeln des aus der Schleife hervortretenden Lichtes, das durch Unterwerfung des Systems unter eine Drehung im Inertialraum zirkularpolarisiert worden ist, in linear-polarisiertes Licht, dessen Schwingungsebene sich mit einer Winkelgeschwinddigkeit dreht, die der Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Systems im Inertialraum proportional ist, und für die Umwandlung des zuvor umgewandelten linear-polarisierten Lichtes bei dessen Rückkehr aus dem Verstärkermedium in zirkular-polarisiertes Licht vorgesehen ist, das entgegen der Richtung des aus der Schleife heraustretenden zirkularpolarisierten Lichtes rotiert, derart, daß jede Komponente von Licht, das durch Drehung im Inertialraum zirkular-po-

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ORIGINAL SMSPE-1

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PATENTANWÄLTE

larisiert ist, stets in derselben Richtung die Schleife durchläuft und daß der durch die Winkelgeschwindigkeit des Systems im Inertialraum verursachte Phasenverschie-. bungswinkel zwischen den beiden Lichtkomponenten aufeinanderfolgend mit jedem der einander folgenden Umläufe in der Schleife wächst.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungsvorrichtung eine Viertelwellenplatte in den Lichtpfaden aufweist und daß die optischen Hauptachsen der Viertelwellenplatte parallel und rechtwinklig zur Schwingebene des linear-polarisierten Lichtes liegt, das vom Verstärkermedium (5) ausgehend auf die Aufspalt- und Wiedervereinigungsvorrichtung (PB) fällt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Analysieren der Winkelgeschwindigkeit im Inertialraum durch Umwandlung der Winkelgeschwindigkeit in Impulse und durch Zählen der Impulsfolge, -frequenz, oder -rate.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysiervorrichtung einen partiell transparenten Spiegel (teildurchlässig), der ein Teil des Lasers ist, enthält, ferner eine Polarisiervorrichtung zum Polarisieren des durch den Spiegel gehenden Lichtanteils, Fotodetektorvorrichtungen und Zähler zum Zählen der Schwankungen des polarisierten Lichtes, das zu der Fotodetektorvorrichtung hindurchgeht.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Analysieren der Winkelgeschwindigkeit im Inertialraum durch Messen des Drehwinkels der

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Schwingungsebene des linear-polärisierten Lichtes im Verstärkermedium bei der Drehung im Inertialraum.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung zum Messen der Winkelgeschwindigkeit eine Halbwellenplatte im Lichtpfad aufweist, Stellglieder (13) für die Drehung dieser Halbwellenplatte (12), ferner eine lichtdurchlässige, reflektierende Oberfläche, die Teil des Lasersystems ist, einen Polarisationsanalysator, der einen Teil des durch die lichtdurchlässige, reflektierende Oberfläche hindurchgehenden Lichtes für dessen Aufteilung in zwei orthogonale, polarisierte Komponenten empfängt, des weiteren Fotodetektoren für den Empfang des durch die Polarisiervorrichtung hindurchgehenden Lichtes und Vorrichtungen, die auf den Unterschied in den Strömen der Fotodetektoren ansprechen, wobei die Fotodetektoren die Stellglieder (13) so steuern, daß die Halbwellenplatte mittels der Stellglieder oder des Stellgliedes mit einer solchen Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, daß die Ebene der Polarisation im Medium stets in der Mullage gehalten bleibt.

7. System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere nach Anspruch (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Analysiervorrichtung einen Retardationsmodulator in der Laserstrecke (Laserhohlraum) aufweist, einen in diese Strecke eingesetzten, nicht-polarisierenden Strahlspalter, eine polarisierende Vorrichtung im Pfad des reflektierten Lichtes, Fotodetektoren zum Empfang des durch die polarisierende Vorrichtung hindurchgehenden Lichtes, einen Verstärker, einen Signalweg zur Abgabe eines Signals aus dem Verstärker zu dem Modulator und eine Zählvorrichtung, die durch die Fotodetektorvorrichtung betätigbar ist und ein Zählsignal erzeugt, das proportional der Drehgeschwindigkeit des Systems im Inertialraum ist (Fig. 6).

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8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die die reflektierenden Oberflächen bietet, ein Teil eines einzelnen Prismas ist, das zugleich einen Teil oder Abschnitt des polarisierenden Strahlspalters bildet.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserverstärkermedium ein festes Medium aufweist, eine zweite Viertelwellenplatte, reflektierende Flächen oder Überzüge an der Platte, die Licht aus der Schleife empfangen und einen Teil davon durchlassen, Polarisationsanalysatorvorrichtungen in dem Pfad des Lichtes aus der zweiten Viertelwellenplatte, Fotofühler im Pfad des durch die Polarisiervorrichtung hindurchgehenden Lichtes und eine Meßvorrichtung zum Messen des Phasenverschiebungswinkels des durch die polarisierende Vorrichtung hindurchgehenden Lichtes.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

die Meßvorrichtung Vorrichtungen zum Umwandeln der Stromänderungen in der Fotofühlervorrichtung zu Impulsen und zum Zählen der Rate oder Frequenz der Impulse, die zu der Fotofühlervorrichtung laufen, aufweist.

11. System nach Anspruch 9 mit einer Meßvorrichtung zum Messen der Änderungsgeschwindigkeit des Stromes zu der Fotofühlervorrichtung.

12. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserverstärkermedium ein Medium für kontinuierliche Wellen aufweist, derart, daß die Lichtintensität mit einer Geschwindigkeit oder Frequenz schwankt oder fluktuiert, die proportional der Winkel- oder Drehgeschwindigkeit des Systems im Inertialraum ist»

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13. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasermedium ein Verstärkermedium für gepulsten Laserbetrieb ist, derart, daß konstante Intervalle zwischen den Impulsen'vorhanden sind, so daß die Frequenz oder Rate der Intervalle im Verhältnis zur Drehwinkelgeschwindigkeit des Systems im Inertialraum schwankt.

14. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserverstärkermedium ein gepulstes Medium aufweist, in dem die Lichtimpulse eine konstante Dauer haben, so daß die Länge der Impulse im Verhältnis zur Drehwinkelgeschwindigkeit des Systems im Inertialraum schv/ankt.

15. System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Mittel für das Analysieren der Winkelgeschwindigkeit im Inertialraum durch Umwandeln der Winkelgeschwindigkeit in Impulse und durch Zählen der Impulsfrequenz.

16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Teil des Lasers ein teildurchlässiger Spiegel vorgesehen ist, ferner eine Vorrichtung zum Polarisieren des durch den Spiegel hindurchgehenden Lichtanteiles, Fotodetektorvorrichtungen und Zähler zum Zählen der Schwankungen des zu der Fotodetektorvorrichtung durchgehenden polarisierten Lichtes.

17. System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Analysieren der Drehwinkelgeschwindigkeit im Inertialraum durch Messen des Drehwinkels der Schwingungsebene des linear-polarisierten Lichts im Verstärkermedium bei Drehung des Systems im Inertialraum.

18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Lichtpfad eine Halbwellenplatte vorgesehen ist und daß

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die Anordnung ferner folgende Mittel enthält: Ein Stellglied zum Drehen der Halbwellenplatte, eine transparente, reflektierende Oberfläche, die Teil des Lasersystems ist, einen Polarisationsanalysator, der einen Teil des durch die transparente reflektierende Oberfläche gehenden Lichtes für die Aufteilung dieses Lichtes in zwei orthogonale polarisierte Komponenten empfängt, Fotodtektoren für das Aufnehmen des durch die polarisierende Vorrichtung gehenden Lichtes und eine Vorrichtung, die auf die Stromunterschiede in den Fotodetektoren anspricht, wobei die Fotodetektoren das Stellglied so betätigen, daß es die Halbwellenplatte mit einer solchen Winkelgeschwindigkeit dreht, daß die Polarisationsebene in dem Medium stets in der Nullage bleibt.

19. System nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 7.

20. Verfahren zur Bestimmung der Drehung im Inertialraum, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Aufspalten eines Lichtstrahles aus einem Laserverstärkermedium in zwei orthogonale polarisierte Komponenten, Einleiten dieser Komponenten in identische, geschlossene Pfade, Wiedervereinigen der Komponenten, Umwandeln des aus der Schleife hervortretenden Lichtes, das dadurch zirkular-polarisiert worden ist, daß das System im Inertialraum einer Drehung ausgesetzt wird, und zwar durch eine Umwandlung dieses Lichtes in linear-polarisiertes Licht, dessen Schwingungsebene mit einer Winkelgeschwindigkeit dreht, die proportional der Winkelgeschwindigkeit ist, mit dem sich das System im Inertialraum dreht, Einführen des so gewonnenen linearpolarisierten Lichtes in das Laserverstärkermedium, Umwandeln des zuvor in zirkular-polarisiertes Licht bei Rückkehr aus dem Laserverstärkermedium umgewandelten linearpolarisierten Lichtes in zirkular-polarisiertes Licht mit

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einer Drehrichtung, die dem aus der Schleife austretenden zirkular-polarisierten Licht entgegengesetzt ist, erneutes Einführen des wieder umgewandelten zirkular-polarisierten Lichtes in die Schleife, so daß jede Lichtkomponente, die durch die Rotation im Inertialraum zirkular-polarisiert ist, stets in derselben Richtung durch die Schleife läuft und der Phasenverschiebungswinkel zwischen den beiden Lichtkomponenten, verursacht durch die Winkeldrehung, mit der das System im Inertialraum dreht, sukzessiv mit jedem folgenden Umlauf wächst.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit der Ebene in Impulse umgesetzt und die Impulse pro Zeiteinheit gezählt werden»

22» Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit der Ebene in einen Strom umgesetzt v/ird, dessen Größe proportional der Drehgeschwindigkeit ist.

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