DE3207730A1

DE3207730A1 - Ring laser

Info

Publication number: DE3207730A1
Application number: DE19823207730
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Phys. 4000 Düsseldorf Kaiser
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1982-03-04
Filing date: 1982-03-04
Publication date: 1983-09-08

Abstract

The invention consists of a laser angular velocity meter in which two light beams circulate in opposite senses in a polygon at whose edges reflectors are arranged, a signal dependent on the angular velocity being obtained from the frequency difference thereof. In this arrangement, one of the reflectors used is constructed as a magneto-optical element for the purpose of suppressing lock-in. The aim is to produce a reflector having a high reflection factor and a large frequency split. According to the invention, the reflector consists of two layers (2 and 4) of gyrotropic material and an interposed dielectrical layer (3) which is a good reflector. <IMAGE>

Description

Ri ngl aser Ri ngl aser

Die Erfindung betrifft einen Ri n glaser mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a Ri n glasses with the features of the preamble of claim 1.

Wie allgemein bekannt ist, können in aktiven Ringlasern inertiale Drehgeschwindi gkeiten gemessen werden, indem man die Frequenzaufspaltung der sich gegensinnig ausbreitenden elektronmagnetischen Wellen bestimmt. Es ist weiterhin bekannt, daß bei inertialen Drehgeschwindigkeiten; die einen bestimmten Schwellwert unterschreiten, diese Frequenzaufspaltung verschwindet und damit der Rings naser seine Fähigkeit, kleine inertiale Drehgeschwindigkeiten zu messen, verliert. Diese Erscheinung wird als Lock-In-Effekt bezeichnet.As is well known, in active ring lasers inertial Rotational speeds can be measured by looking at the frequency split of the itself Electromagnetic waves propagating in the opposite direction are determined. It is still known that at inertial rotational speeds; which have a certain threshold fall below, this frequency split disappears and with it the ring sniffers loses its ability to measure small inertial rotational speeds. These Appearance is known as the lock-in effect.

Zur Umgehung des Lock-In-Effekts wurden verschiedene Maßnahmen entwickelt, die im Prinzip alle darauf beruhen, dem Rings naser eine einseitig-statische oder zweiseitig-dynamische, symmetrische Null frequenzaufspal tung aufzuzwingen, oder, mit anderen Worten, seinen Arbeitspunkt an eine Stelle außerhalb des Lock-In-Bandes zu verlegen. Eine dieser Maßnahmen besteht in der Anwendung der magnetooptischen Kerreffekte. Diese magnetooptischen Kerreffekte führen bei der Reflexion an einer Grenzfläche zweier Medien, von denen mindestens eines gyrotrop sein muß, zu einem nichtreziproken (d.h. richtungsabhängigen) Phasensprung des einfallenden Lichtes Zwischen den sich gegensinnig ausbreitenden Wanderwellen eines aktiven Ringlasers wird demnach eine Phasensprungdifferenz auf erzeugt, die gemäß der Beziehung AX ~~~~~. c av = 27 L zu der oben angeführten oewünschten Nullfrequenzaufspaltung dv führt. Hierzu bedeuten: C : Lichtgeschwindigkeit L : Resonatorlänge In den bekannten Ringlaserkreiseln, die die magnetooptischen Kerreffekte zur Lock-In-Unterdrückung benutzen, wird jeweils einer der dielektrischen Eckspiegel durch einen sogenannten Magnetspiegel ersetzt. Ein solcher Magnetspiegel muß daher neben einer ausreichenden Kerrwirkung auch ein für Laserstrahlen ausreichend hohes Reflexionsvermögen besitzen. Diese beiden Forderungen verhindern die Anwendung reiner Metallspiegel aus ferrmagnetischem Material, da sie zwar eine ausreichende Kerrwirkung, aber kein für Laser ausreichendes Reflexionsvermögen besitzen (typische Reflexionswerte liegen zwischen 40% und 70%). Zur Abhilfe wurde in der US-PS 39279460 bzw. der DE-OS 2432479 vorgeschlagen, das Reflexionsvermögen der reinen Metallfläche durch Aufbringen von dielektrischen Schichten zu erhöhen. Dies vermindert jedoch nicht unerheblich die Kerrwirkung eines solchen Spiegels, da aufgrund der Reflexion in den dielektrischen Schichten nur noch ein Bruchteil der einfallenden elektromagnetischen Welle bis zur magnetisierten Schicht gelangt.Various measures have been developed to circumvent the lock-in effect, which in principle all are based on the ring naser a one-sided static or impose bilateral dynamic, symmetrical zero frequency splitting, or, in other words, its operating point to a point outside of the lock-in band relocate. One of these measures is the use of magneto-optical Kerre effects. These magneto-optical effects lead to reflection at an interface between two media, at least one of which must be gyrotropic, to a non-reciprocal (i.e. direction-dependent) phase jump of the incident Light between the traveling waves of an active ring laser, which propagate in opposite directions a phase jump difference is accordingly generated according to the relationship AX ~~~~~. c av = 27 L to the above-mentioned desired zero frequency split dv leads. For this purpose: C: speed of light L: resonator length In the known Ring laser gyroscopes that use the magneto-optical Kerr effects for lock-in suppression use, one of the dielectric corner mirrors is replaced by a so-called Magnetic mirror replaced. Such a magnetic mirror must therefore be sufficient in addition to Kerrffekt also have a sufficiently high reflectivity for laser beams. These two requirements prevent the use of pure metal mirrors made of ferromagnetic Material, as it has a sufficient Kerr effect, but not sufficient for lasers Have reflectivity (typical reflectance values are between 40% and 70%). To remedy this, it was proposed in US-PS 39279460 and DE-OS 2432479 that Reflectivity of the pure metal surface through the application of dielectric layers to increase. However, this not insignificantly reduces the disturbance effect of such Mirror, as only one due to the reflection in the dielectric layers Fraction of the incident electromagnetic wave up to the magnetized layer got.

Der in der DE-OS 2432479 ebenfalls vorgeschlagene Aufbau eines Kerrspiegels aus einer abwechselnden Folge von Viertelwellenlängenschichten eines dielektrischen und eines ferrimagnetischen Materials, z.B. YIG, hat sich als technisch schwer realisierbar herausgestellt. Zur Umgehung dieser technischen Schwierigkeiten schlägt die DE-OS 2919590 vor, die gyrotrope Granatschicht vor einem dielektrischen Schichtsystem anzuordnen. Zum Aufbau eines solchen Spiegels ist jedoch eine planparallele Platte aus einem nichtmagnetisierten Granatmaterial erforderlich, auf deren strahlabgewandter Seite die gyrotrope Schicht und die nachfolgenden dielektrischen Schichten geeignet aufgebracht werden. Die Reflektivität einer solchen Anordnung kann durch das dielektische Schichtsystem nur bis zu einer u. a. durch die Absorption des gyrotropen Granatmaterials gegebenen Grenze gesteigert werden. Um jedoch eine ausreichende Kerrwirkung zu erzielen, muß das gyrotrope Granatmaterial eine gewisse Absorption besitzen.The structure of a Kerr mirror also proposed in DE-OS 2432479 from an alternating sequence of quarter wavelength layers of a dielectric and a ferrimagnetic material, e.g. YIG, has proven to be technically difficult to implement exposed. To circumvent these technical difficulties, the DE-OS suggests 2919590, the gyrotropic garnet layer in front of a dielectric layer system to arrange. To build such a mirror, however, a plane-parallel plate is required made of a non-magnetized garnet material required, on whose beam averted Side the gyrotropic layer and the subsequent dielectric layers are suitable be applied. The reflectivity of such an arrangement can be determined by the dielectric Shift system only up to one by the absorption of the gyrotropic garnet material given limit can be increased. However, in order to achieve a sufficient Kerr effect, the gyrotropic garnet material must have a certain absorption.

Gemäß der Erfindung soll ein optisches Element geschaffen werden, welches unter Ausnutzung des magnetooptischen Kerreffektes eine möglichst große Phasensprungdifferenz und daraus folgend eine möglichst große Frequenzaufspaltung der gegeninnig umlaufenden elektromagnetischen Wellen erzeugt und eine hohe Reflektivität für die verwendete Laserstrahlung besitzt.According to the invention, an optical element is to be created, which, using the magneto-optical Kerre effect, is as large as possible Phase jump difference and, as a result, the largest possible frequency split which generates counter-rotating electromagnetic waves and a high reflectivity for the laser radiation used.

Die vorstehende Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Anordnung gelöst.The above object is achieved by the arrangement specified in claim 1 solved.

Es wird also hier ein dielektrischer Gyroeckspiegel durch einen Magnetspiegel ersetzt, der sich zusammensetzt aus zwei Schichten (oder Scheiben) gyrotropen Materials, getrennt durch eine oder mehrere dielektrische Schichten. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel.So here it becomes a dielectric gyro corner mirror through a magnetic mirror which is composed of two layers (or disks) of gyrotropic material, separated by one or more dielectric layers. Advanced training of the invention emerge from the subclaims and the exemplary embodiment.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Der anhand der Zeichnung näher erläuterte Reflektor kann z.B. einen der Spiegel 13-16 der Fig. 1 der DE-OS 29 19 590 ersetzen.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with the aid of the drawing explained. The reflector explained in more detail with reference to the drawing can, for example, one of the Replace mirrors 13-16 of Fig. 1 of DE-OS 29 19 590.

In der Zeichnung ist eine Schicht 2 als absorpsionsarme, gyrotrope Schicht ausgebildet. Darauf, d.h. auf der dem einfallenden Licht 5 zugewandten Seite, ist eine geeignete Antireflexionsbeschichtung 1 aufgebracht, die verhindern soll, daß Licht reflektiert wird schon bevor es die Grenzfläche zur gyrotropen Schicht in der Schicht 2 erreicht hat. Darunter, d.h. auf der dem einfallenden Licht abgewandten Seite, ist eine gut reflektierende Schicht 3 aufgebracht. Diese besteht z.B. aus einem dielektrischen Vielfachschichtsystem. Die die reflektierende Schicht 3 abschließende Schicht 3' dient der optischen Anpassung an die darauffolgende zweite gyrotrope Schicht 4. Schichtdicke und Brechzahl der Schicht 3' werden so gewählt, daß die Kerrwirkung der Schicht 4 die Kerrwirkung der Schicht 2 verstärkt. Auf beide gyrotrope Schichten 2 und 4 wirkt ein Magnetfeld ein, das hier nicht gesondert dargestellt ist. Die Überlagerung der Kerrwirkungen der Schichten 2 und 4 hängt auch vom Grad der Transmission bzw. Reflexion der Schicht 3 ab, der so zu wählen ist, daß die Reflektivität des gesamten Magnetspiegels die gewünschte Höhe erreicht.In the drawing, a layer 2 is shown as a low-absorption, gyrotropic Layer formed. Then, i.e. on the side facing the incident light 5, a suitable anti-reflective coating 1 is applied to prevent that light is reflected even before it reaches the interface with the gyrotropic layer reached in shift 2. Below, i.e. on the one facing away from the incident light Side, a highly reflective layer 3 is applied. This consists e.g. of a dielectric multilayer system. The reflective layer 3 final Layer 3 'is used for optical adaptation to the subsequent second gyrotropic Layer 4. Layer thickness and refractive index of layer 3 'are chosen so that the Kerr effect of layer 4 reinforces the Kerr effect of layer 2. On both gyrotropic Layers 2 and 4 have a magnetic field that is not shown separately here is. The superposition of the stress effects of layers 2 and 4 also depends on the degree the transmission or reflection of the layer 3, which is to be chosen so that the Reflectivity of the entire magnetic mirror reaches the desired height.

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Claims

Claims 1. jLaser rotary speedometer, in which two light beams in a polygon with reflectors arranged at the corners, revolve in opposite directions, with their frequency difference being a function of the rotational speed dependent signal is obtained, containing a reflector, the lock-in suppression is designed and operated as a magneto-optical element, this element a low-absorption first layer, one adjoining it on the side facing away from the light contains a second layer and an adjoining third layer, thereby characterized in that the first layer (2) and the third layer (4) made of gyrotropic Consist of material and the second layer (3) of a highly reflective layer 2. Laser rotary speedometer according to claim 1, characterized in that the second layer (3) is a multiple layer, of which the third layer (4) adjacent layer (3 ') of the optical Adjustment to the third layer (4) is used.

3. Laser rotary speed meter according to claim 1 or 2, characterized characterized in that on the first layer (2) facing the incidence of light Side an anti-reflective layer (1) is applied.