DE3320345A1 - Ring laser gyroscope - Google Patents

Ring laser gyroscope

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DE3320345A1
DE3320345A1 DE19833320345 DE3320345A DE3320345A1 DE 3320345 A1 DE3320345 A1 DE 3320345A1 DE 19833320345 DE19833320345 DE 19833320345 DE 3320345 A DE3320345 A DE 3320345A DE 3320345 A1 DE3320345 A1 DE 3320345A1
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mirror
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ring laser
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Thomas J. Thousand Oaks Calif. Hutchings
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Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
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Litton Systems Inc
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/66Ring laser gyrometers
    • G01C19/68Lock-in prevention
    • G01C19/70Lock-in prevention by mechanical means

Abstract

A single-mode laser gyroscope having two oppositely directed laser beams is provided at the three or four reflection points with mirrors which can be mechanically vibrated. Each mirror is mounted in such a manner that it can be moved due to the expansion and contraction of stacks of piezoelectric elements which are allocated to each mirror. The mirrors are vibrated or oscillated with the same frequency and phase relationship to one another towards the outside and inside so that the circumferential distance for the laser cavity is kept within a fixed number of wavelengths but the laser beam is moved backward and forward over the surfaces of the mirrors. Due to this technique, the unwanted phenomenon of synchronisation at low rotational speeds is avoided without special optical or magnetic arrangements being required in the path of the laser beam.

Description

-;;- 33203A5- ;; - 33203A5

Dipl.-Ing. A. Wasmeier Dipl.-Ing. H. GrafDipl.-Ing. A. Wasmeier Dipl.-Ing. H. Graf

Zugelassen beim Europäischen Patentamt · Professional Representatives before the European Patent Office Patentanwälte Postfach 382 8400 Regensburg 1Admitted to the European Patent Office · Professional Representatives before the European Patent Office Patent Attorneys P.O. Box 382 8400 Regensburg 1

das D-8400 REGENSBURG the D-8400 REGENSBURG

Deutsche Patentamt greflinger strasse 7German Patent Office Greflinger Strasse 7

ΟΛηΛ „.. , _ Telefon (09 41) 547 53 ΟΛηΛ ".., _ Telephone (09 41) 547 53

8000 München 2 „' . „ u 8000 Munich 2 "'. " U

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Anmelder: LITTON SXSTEMS, INC., 360 North Crescent Drive, Beverly Hills, California 90210, USAApplicant: LITTON SXSTEMS, INC., 360 North Crescent Drive, Beverly Hills, California 90210, USA

Titel: "Eingläser-Gyroskop"Title: "Single-lens gyroscope"

Zusatz zu Patent 27 49 157Addition to patent 27 49 157

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"Ki r.c'l ηf!^r-GyroRkop""Ki r.c'l ηf! ^ R-GyroRkop"

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-h--H-

Gegenstand des Patentes 2? 49 157 ist ein Ringlaser-Gyroskop nit wenigstens drei Spiegeln, die einen geschlossenen Pfa.d für di?n einen und den anderen von zwei Lichtstrahlen aufbauen, die in zueinander entgegengesetzten Richtungen in einem aktiven Lasοrhodium des Gyroskop** fortschreiten, und nit individuell beta tigbarea V/andlern, deren jeder ©inen der Spiegel in Vibrationsbewߣung versatzt, bei dea die Vibrationsbewegung der Spiegel in i'orra einer parallelen, nach rückwärts und vorwärts auftretenden Verschiebung in Richtung senkrecht zu der Spiegelfläche erfolgt, und dio Vibrationsbewegung so steuerbar ist, daß konstante i-aseratrahlpfadlängen aufrechterhalten werden.Subject of patent 2? 49 157 is a ring laser gyroscope with at least three mirrors that form a closed path build up for one and the other of two rays of light, which progress in opposite directions in an active lasοrhodium of the gyroscope **, and nit individually beta tigbarea vendors, each of whom the mirror is vibrantly conscious of offset, at dea the vibrating movement of the mirrors in i'orra a parallel one that occurs backwards and forwards Displacement takes place in the direction perpendicular to the mirror surface, and the vibratory movement is controllable so that constant i-asera beam path lengths are maintained.

::M' dem Gebiet derartiger Ringlaser-Gyroskope ist es bekannt, är^ieckförmige oder rechteckförmige Pfade für die Laserstrahlen au vorwenden, wobei die Spiegel an den Scheiteln des dreiecki'crni^on Pfades oder an den Ecken des rechteckförsiigen Pfades ar./«ordnet sind. Während des Betriebes ergibt eine Drehung des Gyroskops in der Ebene der Laserpfade eine Schwebungsfrequenz z*.visehen den beiden entgegengesetzt gerichteten Laserstrahlen, und diese Schwebungsfreauenz wird zur Bestimmung der Drehung verwendet, die einer Änderung in der Orientierung des Gyroskops zugeordnet ist. Bekehr geringen Drehgeschwindigkeiten haben die.bsiden Strahlen dio Tendenz, sich gegenseitig zu synchronisioren, so daß keine .Frequenzdifferenz beobachtet wird. Dies ir^fc teilweise das Ergebnis einer Rückstreuung, wobei ein teil der energie aus jeden der Laserstrahlen längs des Pfades des anderen Strahles zurückreflektiert wird und dahin tendiert, cia beiden Strahlen zu synchronisieren. :: M 'the art such ring laser gyros, it is known ieckförmige är ^ or rectangular paths for the laser beams au no cloak, wherein the mirror ar./ at the vertices of the dreiecki'crni ^ on path or at the corners of rechteckförsiigen path " are arranged. During operation, a rotation of the gyroscope in the plane of the laser paths results in a beat frequency z * .visehen the two oppositely directed laser beams, and this beat frequency is used to determine the rotation that is associated with a change in the orientation of the gyroscope. At low speeds of rotation, the two rays have the tendency to synchronize with one another, so that no frequency difference is observed. This ir ^ fc partially the result of a back-scattering, whereby a portion of the energy from each of the laser beams is reflected back along the path of the other beam and tends to synchronize cia two beams.

sjti cind bereits verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen worden, um dieses unerwünschte Phänoaen zu beseitigen, das häufig als iiinglaser-Gyroskop-Witziehen bezeichnet wird. Dies© Möglichkeiten verwenden u.a· das im Winkel erfolgende Vibrieren des sjti cind been proposed several ways to eliminate this unwanted Phänoaen that often iiinglaser Gyroscope Witziehen is referred. These possibilities use, inter alia, the vibration of the at an angle

BAD ORDINALBAD ORDINAL

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gesamten Körpers des Laser-Gyroskops und nichtreziproke, phasenverschiebende Anordnungen, z.B. Faraday1sehe Drehelemente. Die Methode, den gesamten Körper der Lasereinrichtung in Vibratinnen zu versetzen, ist keine einwandfreie Lösung, um das Problem des Mitziehens zu beheben, und die "Verwendung von Faraday'sei: Drehelementen oder anderen · :. magnetischen oder optischen Einrichtungen im Laserpfad ergibt einen komplexeren Aufbau als erwünscht.entire body of the laser gyroscope and non-reciprocal, phase-shifting arrangements, e.g. Faraday 1 see rotating elements. The method of vibrating the entire body of the laser device is not a perfect solution to the problem of dragging, and the "use of Faraday'sei: rotating elements or other magnetic or optical devices in the laser path results in a more complex one Construction as desired.

Insbesondere sind Ringlaser-Gyroskope bekannt (DE-AS 12 92 899), bei denen der Strahlenpfad auf einer Plattform verläuft, die auf radial angeordneten Blattfedern um eine senkrecht zur Ebene des geschlossenen Pfades verlaufende Achse schwingend befestigt ist. Hierbei sind somit alle Umlenkspiegel auf einer gemeinsamen Plattform angeordnet.In particular, ring laser gyroscopes are known (DE-AS 12 92 899), in which the beam path runs on a platform that mounted on radially arranged leaf springs swinging around an axis perpendicular to the plane of the closed path is. In this case, all deflecting mirrors are thus arranged on a common platform.

Des weiteren sind Einglaser-Gyroskope bekannt (US-PS 3»533· die einen Stapel von piezoelektrischen Elementen aufweisen und bei denen die Position eines Spiegels verändert wird, um die Länge eines Laserhohlraumes exakt zu verändern. Eine derartige Technik kann bei Ringlaser-Gyroskopen der gattungsgemäßen Art zur Erzielung von Gleich-Vorspannungen verwendet werden, denen die eine geeignete Phasenlage aufweisenden Wechselstromsignale überlagert werden.Furthermore, single-laser gyroscopes are known (US-PS 3 »533 · which have a stack of piezoelectric elements and in which the position of a mirror is changed to the To change the length of a laser cavity exactly. Such a technique can be used in ring laser gyroscopes of the generic type be used to achieve DC bias, which the alternating current signals having a suitable phase position are superimposed.

Schließlich ist aus der US-PS 3.581.227 eine Einrichtung bekannt die Stapel von piezoelektrischen Elementen aufweist und bei der die Position eines Spiegels verschoben wird, um die Länge eines Laserstrahlraumes exakt zu verändern.Finally, from US Pat. No. 3,581,227 a device is known which has stacks of piezoelectric elements and in which the position of a mirror is shifted in order to change the length of a laser beam space exactly.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, das Problem des Mitziehens in Ringlaser-Gyroskopen durch eine einfachere und direktere Methode, als dies bei bekannten Anordnungen der Fall ist, zu eliminieren.The object of the present invention is to solve the problem of being dragged along in ring laser gyroscopes by means of a simpler and more direct one Method than is the case with known arrangements to eliminate.

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im3 ^5 in the 3 ^ 5

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved according to the invention with the features of the characterizing part of claim 1.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further features of the invention are the subject of the subclaims.

Vorliegender Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine einfachere Lösung dadurch erzielt wird, daß mindestens zwei Spiegel eine Zitterbewegung bzw. eine mechanische Vibrationsbewegung ausführen, während die Laserpfadlänge konstant gehalten wird. Mit vorliegender Erfindung werden somit mehrere (mindestens zwei)Spiegel aus der Gesamtanzahl von Spiegeln mit der gleichen Frequenz in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Spiegels ! in Vibrationsbewegungen versetzt, wobei die vibrierenden Spiegel j von Null abweichende Vibrationsamplituden und Schwingungsphasen i haben, damit der Gesamtabstand um die geschlossene Schleife im j wesentlichen konstant bleibt. Bei dem Erfindungsvorschlag nach dem Hauptpatent hingegen werden alle Spiegel in Zitterbewegung ; bzw. mechanische Vibrationsbewegung versetzt. :The present invention is based on the knowledge that a simpler solution is achieved by having at least two Mirrors perform a trembling movement or a mechanical vibration movement while the laser path length is kept constant will. With the present invention, several (at least two) mirrors out of the total number of mirrors with the same Frequency in a direction perpendicular to the surface of the mirror! set in vibratory movements, the vibrating mirrors j have non-zero vibration amplitudes and vibration phases i, so that the total distance around the closed loop in j remains essentially constant. With the invention proposal according to the main patent, however, all mirrors are in trembling motion; or mechanical vibration movement offset. :

Die Spiegel führen an allen Reflexionspunkten eines Ringlaser- jThe mirrors lead at all reflection points of a ring laser j

Gyroskops eine Zitterbewegung bzw. mechanische Vibrationsbewe- ' ! gung aus, wobei die Phasenlage der Oszillation der Spiegel um den Umfang der Laser-Gyroskopanordnung so versetzt ist, daß die .Phasendifferenz zwischen zwei benachbarten Spiegeln 360° dividiert durch die Anzahl der Spiegel beträgt, und wobei diese Bedingung > sich in einer konstanten Pfadlänge für die entgegengesetzt orien- ; tierten Strahlen ergibt, begleitet von einem Verschieben des Auftreffpunktes eines jeden Laserstrahles über die Oberfläche eines jeden Spiegels. Dadurch wird die Frequenz des zurückgestreuten Lichtes verschoben, so daß die Kopplung zwischen den im Gegenuhrzeigersinn rotierenden Laserstrahlen periodisch geändert wird, was das Mitziehphänomen weitgehend ausschaltet.Gyroscope a trembling movement or mechanical vibration movement! tion, the phase position of the oscillation of the mirror is offset around the circumference of the laser gyroscope assembly so that the .Phase difference between two adjacent mirrors divided by 360 ° by the number of mirrors, and where this condition> in a constant path length for the oppositely orien-; directed rays, accompanied by a shift of the Point of impact of each laser beam over the surface of each mirror. This will reduce the frequency of the backscattered Light shifted so that the coupling between the counterclockwise rotating laser beams changed periodically becomes, which largely eliminates the pull-along phenomenon.

Die Verschiebung eines jeden Spiegels ist sehr klein, etwa gleich + 1/5 bzw. das 0,19fache der Wellenlänge der Laserstrahlung multipliziert mit dem reziproken Wert des Sinus desThe displacement of each mirror is very small, approximately equal to + 1/5 or 0.19 times the wavelength of the laser radiation multiplied by the reciprocal of the sine of the

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• 3-• 3-

Auftreffwinkels des Laserstrahles auf den Spiegel.The angle of incidence of the laser beam on the mirror.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines AusführungsbeispJeLes erläutert. Es zeigt:The invention is described below in conjunction with the drawing explained on the basis of an exemplary embodiment. It shows:

Pig. 1 eine schematische Darstellung einer Ringlaser-Gyroskop- : Anordnung, ~Pig. 1 a schematic representation of a ring laser gyroscope: Arrangement, ~

Fig. 2 eine Detailansicht von Spiegel-Wandler-Anordnungen, von denen jeweils eine an jedem Reflexionspunkt des ; Laser-Gyroskops angeordnet ist, und2 shows a detailed view of mirror converter arrangements, of which one at each reflection point of the; Laser gyroscope is arranged, and

Pig. 3 eine schematische Darstellung, die die Bewegung eines jeden der drei Spiegel nach Pig. 1 in bezug auf die anderen zeigt.Pig. 3 is a schematic diagram showing the movement of a each of the three mirrors after Pig. 1 shows in relation to the others.

In Pig. 1 ist schematisch ein Laserklörper 12 dargestellt, der beispielsweise aus Quarz besteht. Drei periphere Kanäle 14, 16 und 18, die den geschlossenen Pfad in Gestalt eines Dreieckes bilden, sind in Form von Bohrungen durch den Quarzkörper 12 hindurch ausgebildet. In den Kanälen 14, 16 und 18 ist gasförmiges Lasermedium, z.B. ein Gemisch von Gasen, die für den Laserbetrieb geeignet sind, vorgesehen. Das Gas bestelrt^m Falle einer speziellen Ausführungsform aus etwa 90% Helurn und 10% Neon und steht unt einem Druck von etwa 3 Torr, entsprechend 3»9996 mbar.In Pig. 1, a laser body 12 is shown schematically, which consists for example of quartz. Three peripheral channels 14, 16 and 18, which form the closed path in the shape of a triangle, are in the form of bores through the quartz body 12 educated. In the channels 14, 16 and 18 there is a gaseous laser medium, e.g. a mixture of gases necessary for the laser operation are suitable, provided. The gas ordered a special case Embodiment made of about 90% helmets and 10% neon and is underneath a pressure of about 3 Torr, corresponding to 3 »9996 mbar.

In Übereinstimmung mit der bekannten Lasertechnik sind zwei Kathoden 20 und 22 sowie zwei Anoden 24 und 26 an dem Quarz- \ körper 12 befestigt, so daß eine Gasentladung zwischen Kathode 20 und Anode 24 wie auch zwischen Kathode 22 und Anode 26 in den Kanälen 16 und 18 stattfinden kann.In accordance with the known laser technique are two cathodes 20 and 22 and two anodes 24 and 26 attached to the quartz \ body 12 so that a gas discharge between the cathode 20 and anode 24 and between cathode 22 and anode 26 in the channels 16 and 18 can take place.

An den drei Reflexionspunkten der dargestellten dreieckf örmigen Einglaser-Gyroskopanordnung sind Spiegel-Wandler-Anordnungen 28, 30 und 32 befestigt.At the three reflection points of the triangular shape shown Mirror transducer assemblies 28, 30 and 32 are attached to a single laser gyroscope assembly.

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Al.-.le inneren Elemente der Ringlas er-Gyroskop anordnung einschließlich der Spiegel, Kathoden und Anoden sind im Quarzkörper 12 einwandfrei abgedichtet angeordnet, so daß das Gas in den Kanälen des Quarzkörprs unter dem gewünschten Druck und frei von Verunreinigungen gehalten werden kann. Die Laserwirkung tritt in einer Eigenschwingung mit einer Frequenz von etwaAl .-. Le internal elements of the ring laser gyroscope assembly including the mirror, cathodes and anodes are arranged properly sealed in the quartz body 12, so that the gas can be kept in the channels of the quartz body under the desired pressure and free from impurities. The laser effect occurs in a natural oscillation with a frequency of about

14
5 x 10 Hz auf. Dies entspricht einer Wellenlänge von etwa 0,6^3 Mikron, d.h. die resultierende Leuchterscheinung ist brilliantes Licht roter Farbe.-
14th
5 x 10 Hz. This corresponds to a wavelength of about 0.6 ^ 3 microns, i.e. the resulting luminous appearance is brilliant light of red color.

Der Aufbau einer der Spiegel-Wandler-Anordnungen 28, 30, 32 ist im Detail in Fig. 2 gezeigt. In dieser Fig. 2 besitzt die Spiegel-Wandler-Anordnung 28 einen Spiegel 64, dessen reflektierende, teilweise mit Überzug versehene Oberfläche 34 den Laserstrahlen zugewandt ist und Licht von einem der Kanäle 14, 16, 18 in einen anderen Kanal reflektiert. Der Spiegel 64 ist mit dem Quarzkörper 12 längs des Randes 36 befestigt. Der Spiegel ist in einer ringförmigen Zone 38, die sich um den Spiegel auf seiner Rückfläche unmittelbar innerhalb des stärkeren äußeren Randes 36 erstreckt, dünner ausgebildet. Mit dem Rand 36 ist ein starres Gehäuse 40 befestigt, das beispielsweise zylindrische Gestalt hat. Dieses zylindrische Gehäuse 40 ist mit einem schweren Boden 42 versehen.The construction of one of the mirror transducer assemblies 28, 30, 32 is shown in detail in FIG. In this Fig. 2, the mirror transducer arrangement has 28, a mirror 64, the reflective, partially coated surface 34 of which is exposed to the laser beams faces and reflects light from one of the channels 14, 16, 18 into another channel. The mirror 64 is with the quartz body 12 attached along the edge 36. The mirror is in one annular zone 38 surrounding the mirror on its rear surface immediately within the thicker outer rim 36 extends, formed thinner. With the edge 36, a rigid housing 40 is attached, for example, cylindrical shape Has. This cylindrical housing 40 is provided with a heavy bottom 42.

Zwischen dem Boden 42 des Gehäuses und dem zentrischen Teil 46 des Spiegels ist ein Stapel 44 aus piezoelektrischen Wandlerelementen vorgesehen. Der Stapel 44 besteht aus einer Anzahl von dünnen, flachen piezoelektrischen Plättchen. Diese Plättchen haben die Eigenschaft, daß sie beim Anlegen einer Spannung etwas dicker o.der etwas dünner werden, je nach der Polarität der Spannung. Der Stapel 44 ist beispielsweise aus fünfzehn piezoelektrischen Plättchen aufgebaut, deren jedes eine Dicke von etwa 0,25 mm besitzt. Die Plättchen besitzen auf ihren oberen und unteren Flächen Elektroden und sind "Rücken-an-Rücken" miteinander verbunden, d.h., daß abwechselnd gemeinsame Elektroden, die einenBetween the bottom 42 of the housing and the central part 46 of the mirror is a stack 44 of piezoelectric transducer elements intended. The stack 44 consists of a number of thin, flat piezoelectric plates. These platelets have the property that they become a little thicker or a little thinner when a voltage is applied, depending on the polarity of the voltage. The stack 44 is composed, for example, of fifteen piezoelectric plates, each of which has a thickness of about 0.25 mm owns. The platelets have electrodes on their upper and lower surfaces and are connected "back-to-back" to one another, i.e. that alternating common electrodes, one

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Satz von Elektroden bilden, mit jeweils einer Steuerleitung entgegengesetzter Polarität verbunden sind. Die "Rücken-an-Rücken verbundenen Plättchen dehnen sich in der Dicke miteinander aus und ziehen sich zusammen, wenn entgegengesetzt gerichtete elektrische Felder an abwechselnde Plättchen gelegt werden, wobei ein erheblicher Druck auf den mittleren Teil 46 des Spiegels ausgeübt wird, und bewirken, daß der dünne ringförmige Abschnitt 38 des Spiegels 64 ähnlich der Verschiebung einer Membran, die längs ihres Randes mit einem Rahmen befestigt ist, ausgelenkt wird. Wenn es erwünscht ist, die Bewegung der Spiegelfläche 34 zu regeln, wird das piezoelektrische Plättchen, das dem Spiegel am nächsten liegt, nicht so geschaltet, daß es angetrieben wird, sondern es werden zwei getrennte Drähte mit seiner Oberfläche verbunden, an denen eine Spannung erzeugt wird, die ein Maß für die Position der Fläche 34 ist.Form set of electrodes, each connected to a control line of opposite polarity. The "back-to-back." connected platelets expand in thickness with each other and contract when oppositely directed electrical Fields are placed on alternate platelets, with considerable pressure exerted on the central part 46 of the mirror will, and cause the thin annular portion 38 of the mirror 64 similar to the displacement of a membrane that is attached along its edge with a frame, is deflected. If desired, the movement of the mirror surface 34 to regulate, the piezoelectric plate, which is closest to the mirror, is not switched in such a way that it is driven, instead two separate wires are connected to its surface, on which a voltage is generated which is a measure of is the position of surface 34.

Die Stapel aus piezoelektrischen Wandlerelementen können aus im Handel erhältlichen piezoelektrischen Plättchen hergestellt sein. Der ungefähre Spannungswert, der den nachstehend erörterten Verschiebungswert ergibt, beträgt etwa 160 Volt von Spitze zu Spitze Dies ergibt eine Verschiebung der richtigen Größenordnung, um die Amplituden zu erzielen, die in der Praxis erforderlich sind, wie nachstehend noch ausgeführt wird. Die piezoelektrischen Plättchen sollen insbesondere linear und temperaturunempfindlich sein.The stacks of piezoelectric transducer elements can be made from im Commercially available piezoelectric platelets be made. The approximate stress value that corresponds to the displacement value discussed below yields is about 160 volts from peak to peak This gives a shift of the right order of magnitude to achieve the amplitudes that are required in practice, as will be explained below. The piezoelectric plates should in particular be linear and insensitive to temperature.

In Fig. 1 weisen die elektrischen Schaltungen die. beiden Speisequellen 52 und 54 bekannter Ausführung zum Einleiten und Aufrechterhalten der Gasentladung zwischen den Anoden und Kathoden der Laservorrichtung auf.In Fig. 1, the electrical circuits have the. both food sources 52 and 54 of known design for initiation and maintenance the gas discharge between the anodes and cathodes of the laser device.

Die Spiegelflächen der Anordnungen 28, 30 und 32 werden durch die Wandler, die von einer Dreiphasen-Vorspannungsschaltung 56 gespeist werden, in Vibrationsbewegung versetzt. Jeder der piezoelektrischen Wandlerstapel, z.B. der Stapel 44 nach Fig. 2, wird so beaufschlagt, daß seine Vibration 120° phasenverschoben gegenüber den anderen ist.The mirror surfaces of the assemblies 28, 30 and 32 are through the converters carried out by a three-phase bias circuit 56 are fed, set in vibratory motion. Each of the piezoelectric transducer stacks, such as stack 44 of Figure 2, will applied so that its vibration is 120 ° out of phase with the others.

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In I1Ig. 2 sind die Laserstrahlen 57 und 58 so-dargestellt, daß sie durch, die teilweise mit Überzug versehene Spiegelfläche 24 und durch die öffnungen 59 und 60 im Gehäuse 40 treten. Wie in Fig. 1 gezeigt, treffen sie auf die äußeren Spiegel 61 und 62, Von diesen Spiegeln 61 und 62 aus werden die Strahlen auf eine Meßvorrichtung 6*> gerichtet, die die Schwebungefrequenz zwischen den beiden entgegengesetzt gerichteten Laserstrahlen ermittelt; die Schwebungen treten auf, wenn die ganze Anordnung gedreht wird.In I 1 Ig. 2, the laser beams 57 and 58 are shown in such a way that they pass through the partially coated mirror surface 24 and through the openings 59 and 60 in the housing 40. As shown in FIG. 1, they hit the outer mirrors 61 and 62. From these mirrors 61 and 62, the beams are directed onto a measuring device 6 *> which determines the beat frequency between the two oppositely directed laser beams; the beats occur when the whole array is rotated.

In Fig. J sind die drei Spiegel des Ringlaser-Gyroskops schema-" tisch als Spiegel 64 mit zusätzlichen Spiegeln 65 und 66 dargestellt. Die neutrale Position eines jeden Spiegels ist mit 641-, 65* und 66* gezeigt. Wie durch die Pfeile 68 angedeutet, bewegt sich jeder Spiegel nach innen und außen auf die Mitte der Laser-Gyroskopanordnung zu und von der Mitte weg. In Fig. 3 stellt die stark ausgezogene Linie 70 den Pfad des Laser-Gyroskopstrahles dar, wobei die Spiegel die gezeigte Position einnehmen. Insbesondere nimmt; in dieser Position der Spiegel 65 eine Position ein, die der am weitesten zurückgezogenen Position naheliegt, während jeder der Spiegel 64 und 66 gegenüber dem Spiegel 65 um aufeinanderfolgende Zuwachsanteile von 120 versetzt und deshalb in den Positionen weiter vorgeschoben ist. Somit wird die Anordnung so gesteuert, daß die dreieckförmigen Laserstrahlpfade weitgehend konstant gehalten werden, wenn die drei Spiegel sich fortschreitend in ihre und aus ihren Phasenbeziehungen der Vibrationsbewegung bewegen. In Fig. J the three mirrors of the ring laser gyroscope are shown schematically as mirrors 64 with additional mirrors 65 and 66. The neutral position of each mirror is shown as 64 1 -, 65 * and 66 *. As indicated by the arrows 68, each mirror moves in and out toward and away from the center of the laser gyroscope assembly In Figure 3, the solid line 70 represents the path of the laser gyroscope beam with the mirrors in the position shown In particular, in this position the mirror 65 assumes a position which is close to the most retracted position, while each of the mirrors 64 and 66 is offset from the mirror 65 by successive increments of 120 and is therefore further advanced in the positions the arrangement is controlled so that the triangular laser beam paths are kept largely constant as the three mirrors progressively into and out of their phase relation movements of the vibratory movement.

Bei einer mit vier Spiegeln arbeitenden Ringlaser-Gyroskopanordnung werden die vier Spiegel von Wandlern gesteuert, die durch eine vierphasige Speisequelle gespeist werden, und die aufeinanderfolgenden Spiegel werden so betätigt, daß sie eine Vibrationsbewegung ausführen, die um 90 gegenüber der eines jeden benachbarten Spiegels phasenverschoben ist.With a ring laser gyroscope arrangement working with four mirrors the four mirrors are controlled by transducers fed by a four-phase supply source, and the successive ones Mirrors are operated to vibrate 90 degrees from that of each adjacent one Mirror is out of phase.

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Grundsätzlich ist die Phasenverschiebung zwischen benachbarten Spiegeln gleich 360 dividiert durch die Anzahl der Spiegel.Basically, the phase shift between adjacent mirrors is equal to 360 divided by the number of mirrors.

In bezug auf die Frequenz der Vorspannungsschaltung 56 nach Fig. 1 ist es erwünscht, diese Frequenz verhältnismäßig hoch zu wählen, zweckmäßigerweise in der Größenordnung von einigen 10 kHz bis zu mehreren 100 kHz. Es können jedoch Frequenzen.bis herab auf 1 oder 2 kHz verwendet werden.With respect to the frequency of the bias circuit 56 of Figure 1, it is desirable to keep that frequency relatively high select, expediently in the order of magnitude of a few 10 kHz to several 100 kHz. However, frequencies down to can be used on 1 or 2 kHz.

Wenn die Spiegel sich in ihre und aus ihrer extremen zurückgezogenen Position in ihre extrem vorgeschobenen Positionen bewegen, bewegen sich, wie in Fig. 3 dargestellt, die Auftreffstellen der Laserstrahlen über die Spiegelflächen von einer extremen Position, bei der die entsprechenden Strahlpfade durch die Linien 72, 74 und 76 angedeutet sind, in die andere extreme Position, deren Pfade durch die Linien 78, 80 und 82 angedeutet sind, hin und her. Wie in Fig. 3 durch den dreieckförmigen Pfad 70 dargestellt, erreichen die Strahlen die extremen Positionen, die durch die Linien 72, 74- und 76 angedeutet sind, und im Anschluß daran die inneren Begrenzungen 76, 80 und 82 zu unterschiedlichen Zeitpunkten, wobei der Laserstrahl stets exakt die gleiche Länge besitzt. When the mirrors are withdrawn in and out of their extremes Position move to their extreme advanced positions, as shown in Figure 3, move the impact points of the laser beams across the mirror surfaces from an extreme position where the corresponding beam paths through the lines 72, 74 and 76 are indicated, in the other extreme position, the paths of which are indicated by lines 78, 80 and 82 and here. As shown in Fig. 3 by triangular path 70, the rays reach the extreme positions indicated by lines 72, 74 and 76, and thereafter the inner boundaries 76, 80 and 82 at different times, whereby the laser beam always has exactly the same length.

In der US-PS 3»533.014· wird eine Anordnung beschrieben und dargestellt, bei der die Spiegel und andere Rückstreuquellen parallel zu ihren Oberflächen anstatt senkrecht zu ihren Oberflächen, wie im Falle vorliegender Erfindung, in Oszillationen versetzt werden. Man hat festgestellt, daß es außerordentlich schwierig ist, Anordnungen zur Bewegung der Spiegel eines Laser-Gyroskops in ihren eigenen Ebenen zu schaffen, während gleichzeitig die Laserräume abgedichtet gehalten und die anderen Erfordernisse eingehalten werden.In US-PS 3 »533,014 · an arrangement is described and shown, in which the mirrors and other sources of backscattering are parallel to their surfaces rather than perpendicular to their surfaces, as in the case of the present invention, are set in oscillations. It has been found to be extremely difficult is to create arrangements for moving the mirrors of a laser gyroscope in their own planes while at the same time creating the Laser rooms are kept sealed and the other requirements are met.

Im Gegensatz hierzu werden im Falle vorliegender Erfindung, bei der eine Vibrationsbewegung der Spiegel senkrecht zu ihrenIn contrast, in the case of the present invention, in which a vibratory movement of the mirror perpendicular to their

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11.5.1983 W/He -ST- L/p ll.WOMay 11, 1983 W / He -ST- L / p ll.WO

Oberflächen angewandt wird, die Laserstrahlen über die Oberflächen der Spiegel in einer Weise hin und her bewegt, die mathematisch durch die Technik analysiert werden kann, die im Falle der US-PS 3-533.014 verwendet wird. Insbesondere ist die Formel nach Spalte 6, Zeilen 53 - 55 dieser Patentschrift genau auf die Amplitude der im Falle vorliegender Erfindung verwendeten Spiegel anwendbar. Dieses überraschende Resultat ergibt sich aufgrund der Tatsache, daß die Auftreffstellen der Laserstrahlen über die Oberflächen der Spiegel um genau den gleichen Abstand hin und her. umgesetzt werden, um den die Spiegel nach innen und außen, d.h. gegen die Mitte der Anordnung und von ihr weg, oszilliert werden.Surface is applied, the laser beams across the surfaces the mirror moves back and forth in a manner that can be mathematically analyzed by the technique used in the Case of US-PS 3-533,014 is used. In particular, the Formula according to column 6, lines 53-55 of this patent specification exactly to the amplitude of the used in the case of the present invention Mirror applicable. This surprising result arises due to the fact that the impact points of the Laser beams back and forth across the surfaces of the mirrors at exactly the same distance. to be implemented to the the The mirror can be oscillated inwards and outwards, i.e. towards the center of the arrangement and away from it.

Die in US-PS 3«533.01A- angegebene Formel, auf die oben Bezug genommen ist, ergibt sich in abgekürzter Form mitThe formula given in US Pat. No. 3,533.01A, referred to above is taken, results in an abbreviated form with

O)O)

wobei A die maximale Verschiebung eines jeden Spiegels in jeder ; where A is the maximum displacement of any mirror in each ;

Richtung aus einer neutralen Position, ιDirection from a neutral position, ι

λ die Wellenlänge des Laserlichtes, ! θ der Winkel zwischen der Auftreffrichtung der Laserstrahlenλ is the wavelength of the laser light,! θ is the angle between the direction of incidence of the laser beams

und einer Ebene senkrecht zu der Spiegeloberflache, und j ß eine beliebige Zahl ist, die als das Argument der Bessel-and a plane perpendicular to the mirror surface, and j ß is any number that is used as the argument of the Bessel-

Funktion der Null-Ordnung genommen einen Wert der Bessel- ,Function of the zero order taken a value of the Bessel,

Funktion ergibt, der Hull ist. ίFunction results, which is Hull. ί

Für die dreieckförmige Ausführungsform, wie in Fig. 1 gezeigt, ist, θ gleich 30° und Sin θ gleich 15°. Aus entsprechenden mathematischen Tabellen ergibt sich, daß β einen Wert von 2,405 der Bessel-Funktion niedrigster Ordnung besitzt. Werden diese Werte in Gleichung (1) eingesetzt, ergibt sichFor the triangular embodiment as shown in FIG. 1, θ is equal to 30 ° and Sin θ is equal to 15 °. Corresponding mathematical tables show that β has a value of 2.405 for the Bessel function of the lowest order. If these values are used in equation (1), the result is

A _ 0,191 λ (2) A _ 0.191 λ ( 2)

A - Sin O KeL) A - Sin O KeL)

A = 0,382 Λ (3)A = 0.382 Λ (3)

11.5.1983 W/Be * : - 10 -May 11, 1983 W / Be * : - 10 -

Wird das Neon-Helium-Gasgemisch, auf das oben bezug genommen worden ist, verwendet, beträgt die Wellenlänge 0,633 Mikron und die Verschiebungsamplitude "A" beträgt etwa 0,24-2 Mikron,Is the neon-helium gas mixture referred to above has been used, the wavelength is 0.633 microns and the displacement amplitude "A" is about 0.24-2 microns,

—4—4

d.h. 0,242 x 10 cm in jeder Richtung von der neutralen Position der Spiegel.i.e. 0.242 x 10 cm in each direction from the neutral position the mirror.

Für ein System mit vier Spiegeln gilt 0 = 4-5, und der entspre- ' chende Wert von A beträgt etwa 0,171 Mikron in jeder Richtung von der neutralen Position der Spiegel.For a system with four mirrors, 0 = 4-5, and the corresponding The equivalent value of A is about 0.171 microns in each direction from the neutral position of the mirrors.

Aus der US-PS 3·533·014 ergibt sich, daß vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise eine Phasendifferenz in der Oszillation der unterschiedlichen Spiegel vorhanden sein soll. In Gleichung (3) dieser Druckschrift wird ohne Nachweis zum Ausdruck^ebracht, daß die optimale Phasendifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Spiegeln für einen vier Spiegel umfassenden Ringlaser mit gleichen Zweigen 90° beträgt. Diese Phasenverschiebungswerte werden so benutzt, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt die Geschwindigkeiten der Spiegel parallel zu ihren reflektierenden Oberflächen unterschiedlich sind, sodaß jeder Spiegel mit einer unterschiedlichen irequenz rückstreut, wodurch verhindert wird, daß die unterschiedlichen rückgestreuten Wellen sich selbst verstärken. Ferner wird gezeigt, daß diese optimale Phasendifferenz nicht kritisch ist, und daß die Phasendifferenz großer oder gleich 90°, 180° oder dergl. sein soll. Wenn die Zweige des Lasers in ihrer Länge unterschiedlich sind, wird hierbei die Lehre gegeben, daß die "optimale" Phasenverschiebung von 90° verschieden ist.From U.S. Patent 3,533,014 it can be seen that preferably, but not there should necessarily be a phase difference in the oscillation of the different mirrors. In equation (3) this document is expressed without proof that the optimal phase difference between successive mirrors for a ring laser comprising four mirrors with the same Branches is 90 °. These phase shift values are used in such a way that at a certain point in time the speeds the mirrors parallel to their reflective surfaces are different, so each mirror with a different one irequence backscattered, which prevents the different backscattered waves reinforce themselves. It is also shown that this optimal phase difference is not critical is, and that the phase difference is greater than or equal to 90 °, 180 ° or the like. If the branches of the laser are different in length, the teaching is here that the "optimal" phase shift of 90 ° is different.

Bei Verwendung der Abscheroszillafcion nach dieser Druckschrift, insbes. bei Verwendung eines AT-Schnittkristalles nach Fig. 3A, wird die Amplitude der Schwingung parallel zur Ebene des Kristalls mit 0,16 Mikron angegeben. Bei einer Kristalldicke von 1,5 aim beträgt die Bewegung senkrecht zur Spiegeloberfläche in der Größenordnung von 0,000015 Mikron. Die Wellenlänge des Laserlichtes ist etwa 0,633 Mikron. Die Bewegung senkrecht zur Spiegeloberfläche hat jedoch eine Amplitude vonetwa 2,5 χ 10When using the abrasion oscillation according to this publication, especially when using an AT cut crystal according to Fig. 3A, the amplitude of the oscillation parallel to the plane of the crystal is given as 0.16 microns. With a crystal thickness of 1.5 aim is the movement perpendicular to the mirror surface in on the order of 0.000015 microns. The wavelength of the laser light is about 0.633 microns. The movement perpendicular to the However, mirror surface has an amplitude of about 2.5 χ 10

Wellenlänge, was vernachlässigbar ist.Wavelength, which is negligible.

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11.5.1983 W/IleMay 11, 1983 W / Ile

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung beträgt die Schwingungs- ; amplitude eines jeden Spiegels 0,242 Mikron für einen Laser j mit drei Spiegeln, und 0,171 Mikron für einen Laser mit vier ■ Spiegeln. Eine derartige Bewegung ist ein erheblicher Teil einer "? ί Wellenlänge des Laserlichtes. Wenn alle Spiegel in Phase in Schwingungen versetzt werden, wird die Länge des Laserraumes wesentlich vergrößert oder verkleinert, und die primäre Laserfrequenz wird maßgeblich gestört.In the device according to the invention, the oscillation ; amplitude of each mirror 0.242 microns for a laser j with three mirrors, and 0.171 microns for a laser with four ■ mirrors. Such a movement is a substantial part of a " ? Ί wavelength of the laser light. If all mirrors are set to oscillate in phase, the length of the laser space is significantly increased or reduced, and the primary laser frequency is significantly disrupted.

Um eine Änderung in der Länge des optischen Hohlraumes zu vermeiden, werden die Schwingungen der Spiegel in einem Laser mitTo avoid a change in the length of the optical cavity, the vibrations of the mirrors in a laser using

ο 'ο '

drei Spiegeln um 120 in der Phase verschoben. Bei einem Laser mit vier Spiegeln beträgt die Phasenverschiebung 90 , bei einemthree mirrors shifted in phase by 120. For a laser with four mirrors the phase shift is 90, for one

Laser mit sechs Spiegeln beträgt sie 60 , und einem solchen mit jLaser with six mirrors it is 60, and one with j

acht Spiegeln 45°. Die Phasenlage muß beibehalten werden. Dies |eight mirrors 45 °. The phase position must be maintained. This |

ist nicht lediglich ein "Optimum", sondern ist entscheidend. jis not just an "optimum", it is crucial. j

Vorzugsweise werden die Spiegel mit reinen Sinusoiden angetrieben. Der Antrieb mit einer komplexen Kurvenform ist jedoch brauchbar, \ The mirrors are preferably driven with pure sinusoids. However, the drive with a complex curve shape is useful, \

wenn alle Fourier-Komponenten in gleicher Weise in Phase gebracht jif all Fourier components are brought into phase in the same way j

werden wie/lie Grundkomponente.become like / lie basic component.

Vorzugsweise sind die Antriebsvorrichtungen angepaßte Treiber. Wenn dies nicht der Pail ist, muß der Antriebsstrom oder die j Antriebsspannung so beschaffen sein, daß die Differenz kompen- j siert wird.Preferably the drive devices are matched drivers. If this is not the pail then the drive current or the j The drive voltage must be such that the difference compensates for j is sated.

Vorzugsweise werden die Spiegel und ihre Antriebsvorrichtungen nicht in die Nähe ihrer Resonanzfrequenz angetrieben. Es ist ferner wesentlich, daß Temperatureinflüsse kompensiert werden, so daß die Länge des Hohlraumes im wesentlichen konstant bleibt.The mirrors and their drive devices are preferably not driven near their resonance frequency. It is It is also essential that temperature influences are compensated so that the length of the cavity remains essentially constant.

Die Phasenlage kann als offene Schleife aufrecht, erhalten werden, oder aber es kann ein Sensor (z.B. ein Plättchen des Kristallstapels 44) mit den Spiegeln befestigt sein, um ein Signal zu erzeugen, das die Echtzeitposition der Spiegel darstellt. DieThe phase position can be maintained as an open loop, or a sensor (e.g., a wafer of crystal stack 44) can be attached to the mirrors to provide a signal that represents the real-time position of the mirrors. the

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11.5.1983 W/He - ye. - L/p 11.140May 11, 1983 W / Hey -ye. - L / p 11,140

Spiegelphasenlage und -amplitude kann dann mit einem geschlossenen Kreis in der Erregungsvorrichtung 56 geregelt werden, wie durch die Doppelpfeile auf jeder Leitung angedeutet.Mirror phasing and amplitude can then be closed with a Circuit in the excitation device 56 can be regulated as indicated by the double arrows on each line.

Wenn die drei Spiegel genau um 120 phasenverschoben gegeneinander vibrieren, tritt keine Änderung der augenblicklichen optischen Hohlraumlänge ein. Somit wird der Laserbetrieb bei einer Irequenzlage in der Mitte der Verstärkungskurve mit einer minimalen Längen-Perturbation aufgrund des mit der Erfindung erzielten Effektes aufrechterhalten, der zweckmäßigerweise als "Mikrozitter"-Modulation (microdither modulation) bezeichnet wird. Die Mikrozitter-Amplituden liegen in der Größen Ordnung einer Subwellenlänge.If the three mirrors vibrate exactly 120 out of phase with each other, there is no change in the instantaneous optical cavity length. Thus, the laser operation is with a frequency position in the middle of the gain curve a minimal length perturbation maintained due to the effect achieved with the invention, the expedient as "micro-tremor" modulation (microdither modulation) referred to as. The micro-tremor amplitudes are in the sizes Order of a sub-wavelength.

Die geometrische Analyse zeigt, daß das Stehwellenfeld, das der dreieckförmigen Ausbildung nach Fig. 5 zugeordnet ist, eine Translationsbewegung ausführt, jedoch nicht rotiert, derart, daß die Scheitel des Dreieckes Kreise beschreiben, wie durch . die Pfeile in Jig. 3 gezeigt, während die Auftreffstellen Linien auf den Oberflächen der Spiegel beschreiben, soweit die Spiegel . sich nach innen und außen bewegen, so daß jeder Laserstrahl sich über die Spiegeloberflächen hin und her bewegt. Dies ergibt, daß die Streuzentren in bezug auf die umgesetzten, d.h. in der Position verschobenen Stehwellenfeidknoten verschoben werden, so daß die Phasenverschiebungsförderung der Phasenmdoulation erf üllt wird. Diese Verschiebung ergibt auch, daß das Stehwellenfeld in bezug auf eine körperfeste öffnung verschoben wird.The geometric analysis shows that the standing wave field that the triangular configuration according to FIG. 5 is assigned, a Translates, but does not rotate, such that the vertices of the triangle describe circles, as through . the arrows in jig. 3 shown while the impact lines describe on the surfaces of the mirrors as far as the mirrors. move in and out so that each laser beam moves moved back and forth across the mirror surfaces. This shows that the scattering centers with respect to the relocated, i.e. in position shifted standing wave field nodes are shifted, so that the phase shift promotion of the phase modulation erf is filled. This shift also results in the standing wave field being shifted with respect to an opening fixed to the body.

Zusätzlich verändert sich der Abstand von einer Streugruppe zur nächsten Gruppe auf dem nächsten Spiegel mit der Zeit. Die Vektorsummierung des optisch rückgestreuten Lichtes von allen Streuflächen des Laserhohlraumes bestimmt die Größe des "Mitzieh "-Effekt es wie auch der endgültigen Phasenlage. Somit bewirkt das "Mikrozittern" der Spiegel, daß der nutzbare Streuvektor in der Zeit moduliert wird. Dieser Effekt trägt weiterhin zur Reduzierung des Mitzieh-Effektes bei.In addition, the distance from one scattering group to the next group on the next mirror changes over time. The vector summation of the optically backscattered light from all scattering surfaces of the laser cavity determines the size of the "dragging" "Effect it as well as the final phasing. Thus, it causes the "micro tremors" of the mirrors, that the usable scatter vector is modulated in time. This effect continues to reduce the drag effect.

11.5.1983 W/He " " ""-"ieT-" " L/p 11.14-011.5.1983 W / He "" "" - "ieT-" "L / p 11.14-0

'/If'/ If

Der Vollständigkeit halber wird noch auf US-PS 3.581.227 Bezug genommen, die insoferne hier von Interesse ist, als sie einen Stapel von piezoelektrischen Elementen zeigt und die Position eines Spiegels verschoben wird, um die Länge eines Laserhohlraumes exakt zu verändern. Dies ist bekannte Technik und kann in der Einrichtung nach vorliegender Erfindung als Gleich-Vorspannung verwendet werden, der die eine geeignete Phasenlage aufweisenden Wechselstromsignale überlagert werden können. US-PS 3.581.227 gibt keinen Hinweis auf eine Vielzahl von Spiegeh, deren jeder eine piezoelektrische Steuerung besitzt, und es läßt sich ihr auch nicht die Phasenvibration, d.h. die Oszillation der Spiegel, entnehmen. Hierbei können Wandler verwendet werden, die nicht piezoelektrische Elemente sind, um die Spiegel in der geeigneten Phasenbeziehung in Oszillationen zu versetzen. Beispielsweise können magnetostriktive Wandler verwendet werden. Zusätzlich können andere einen Lasereffekt ergebende Materialien und Laserhohlräume mit einer unterschiedlichen Anzahl von Spiegeln, z.B. vier, Anwendung finden.For the sake of completeness, reference is also made to US Pat. No. 3,581,227 Reference which is of interest here in that it is shows a stack of piezoelectric elements and the position of a mirror is shifted by the length of a To change the laser cavity exactly. This is known technique and can be used in the device according to the present invention as Direct bias voltage can be used on which the alternating current signals having a suitable phase position are superimposed can. US-PS 3,581,227 gives no indication of a large number of mirrors, each of which has a piezoelectric control, and the phase vibration, i.e. the oscillation of the mirrors, cannot be inferred from it either. Here you can Transducers are used that are not piezoelectric elements to put the mirrors in the appropriate phase relationship To offset oscillations. For example, magnetostrictive Transducers are used. Additionally, other laser effect materials and laser cavities can be used with a different numbers of mirrors, e.g. four, can be used.

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Claims (4)

Feuer Patentanspruch 1:Fire claim 1: AjHinglasergyroskop mit wenigstens drei Spiegeln, die einen geschlo ssenenPfad für den einen und den anderen von zwei Lichtstrahlen aufbauen, welche in zueinander entgegengesetzten Richtungen in einem aktiven Lasermedium des Gyroskops fortschreiten, und mit individuell "betätigbaren Wandlern, deren jeder einen der Spiegel in Vibrationsbewegung versetzt, wobei die Vibrationsbewegung der Spiegel in Form einer parallelen, nach rückwärts und vorwärts auftretenden Verschiebung in Richtung senkrecht zu der Spiegelfläche erfolgt, und die Vibrationsbewegung so steuerbar ist, daß konstante Laserstrahlpfadlängen aufrechterhalten werden, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (12) zur Ausbildung eines optischen Hohlraumes mit geschlossener Schleife, der ein aktives Lasermedium zur Erzeugung von-^primären, im Gegenuhrzeigersinn drehenden Laserlichtstrahlen enthält, wobei die ütequenzdifferenz zwischen den Lichtstrahlen ein Maß für die Drehgeschwindigkeit ist, die der Ringlaser erfährt, und wobei die den Hohlraum bildend Vorrichtung eine Vielzahl von Spiegeln (28, 30, 32; 64, 65, 66) zum Reflektieren der Lichtstrahlen enthält, und eine Vorrichtung (44), die eine Mehrzahl dieser Spiegel zur Umsetzung mit der gleichen !frequenz in einer Richtung ausschließlich senkrecht zur Oberfläche des Spiegels in Vibrationen versetzt, wobei die vibrierenden Spiegel von ITuIl abweichende Vibrationsamplituden und Vibrationsphasenlag»*en haben, damit der gesamte Abstand um die geschlossene Schleife im wesentlichen konstant bleibt. Aj Hinglasergyroskop with at least three mirrors, which build up a geschlo ssenenPfad for the one and the other of two light beams propagating in opposite directions in an active laser medium of the gyroscope, and individually "actuatable transducers offset each of which one of the mirrors in vibratory motion , the vibrating movement of the mirrors being in the form of a parallel, backward and forward displacement in the direction perpendicular to the mirror surface, and the vibrating movement being controllable so that constant laser beam path lengths are maintained, characterized by a device (12) for forming an optical cavity with a closed loop containing an active laser medium for generating primary, counterclockwise rotating laser light beams, the frequency difference between the light beams being a measure of the speed of rotation experienced by the ring laser, and d ie the cavity forming device a plurality of mirrors (28, 30, 32; 64, 65, 66) for reflecting the light rays, and a device (44) which causes a plurality of these mirrors to vibrate for conversion at the same frequency in a direction exclusively perpendicular to the surface of the mirror, the vibrating mirrors of ITull have different vibration amplitudes and vibration phase positions so that the entire distance around the closed loop remains essentially constant. BADBATH COPYCOPY 11.5.1983 V/He -.ar-- - L/p 11.140May 11, 1983 V / He -.ar-- - L / p 11.140 - Z- Patentansprüche: - Z- claims: - 0eee eine Vorrichtung (12) zur Ausbildung eines optischen Hohlraumes mit geschlossener Schleife, der ein aktives LasermepbCum zur Erzeugung von primären, im Gegenuhrzeigersinn d^Jnenden Laserlichtstrahlen enthält, wobei die 3Frequenzdi££€renz zwischen den . Lichtstrahlen ein Maß für die Drehgeschwindigkeit ist, die der I Ringlaser erfährt, und wobei die denygbhlraum bildende Vorrich- j tung eine Vielzahl von Spiegeln CgS, 30 > 32; 64, 65, 66) zum j Reflektieren- der Lichtstrahle^enthält, und J- 0eee a device (12) for forming an optical cavity with a closed loop that uses an active LasermepbCum Generation of primary counterclockwise laser light beams contains, whereby the 3 frequency difference between the. Light rays is a measure of the speed of rotation that the I. Ring laser experiences, and wherein the denygbhlraum-forming device j tung a variety of mirrors CgS, 30 > 32; 64, 65, 66) for reflecting the light rays ^ contains, and J eine Vorrichtung (44), di^eine Mehrzahl dieser Spiegel zur i Umsetzung mit der glei^nen Frequenz in einer Richtung ausschließlich senkrepiib zur Oberfläche des Spiegels in Vibratio- ! nen versetzt, wJbei die vibrierenden Spiegel von Bull abweichende Vibr-af£i ons amplituden und Vibrationsphasenlagen haben, damit djsr gesamte Abstand um die geschlossene Schleife im we- ja device (44), di ^ a plurality of these mirrors for i Implementation with the same frequency in one direction only perpendicular to the surface of the mirror in vibratio-! The vibrating mirrors used by Bull are different Vibr-af £ i ons have amplitudes and vibration phase positions, so that djsr is the total distance around the closed loop in the we- j lcl» : j lcl » : j 2. Ringlaser-Gyrοskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ' daß die Vibrationsamplituden der vibrierenden Spiegel (64, 65» j 66) im wesentlichen gleich groß sind.2. Ring laser gyroscope according to claim 1, characterized in that ' that the vibration amplitudes of the vibrating mirrors (64, 65 »j 66) are essentially the same size. 3. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendifferenz zwischen der Oszillation der vibrierenden Spiegel (64, 65, 66) etwa 360 dividiert durch die Anzahl der vibrierenden Spiegel beträgt.3. ring laser gyroscope according to claim 2, characterized in that the phase difference between the oscillation of the vibrating Mirror (64, 65, 66) is about 360 divided by the number of vibrating mirrors. 4. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsvorrichtung (44) Mittel aufweist, die eine zeitlich sinusförmige Verschiebung jedes Spiegels ergeben.4. Ring laser gyroscope according to claim 1, characterized in that the vibration device (44) has means which have a Sinusoidal displacement of each mirror over time. 5. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsvorrichtung (44) einen Wandler aufweist.5. ring laser gyroscope according to claim 1, characterized in that the vibration device (44) has a transducer. copycopy 11.5.1983 V/He ~^~ "" " L/p 11.140May 11, 1983 V / He ~ ^ ~ "" "L / p 11.140 -J- ■ ' ί-J- ■ 'ί 6. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daßder Wandler (44) einen Stapel piezoelektrischer Element besitzt. 6. Ring laser gyroscope according to claim 5> characterized in that the transducer (44) has a stack of piezoelectric elements. 7. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ringlaseranordnung (12) vom Einfachbetriebstyp mit zwei im Gegenuhrzeigersinn drehenden Laserstrahlen und mit mindestens drei Spiegeln (28, 30, 32),7. ring laser gyroscope according to claim 1, characterized by a ring laser assembly (12) of the single mode type having two counterclockwise rotating laser beams and having at least three mirrors (28, 30, 32), eine Vorrichtung (44) zum Umsetzen von mindestens zwei Spiegeln in einen Oszillationsbetrieb mit der gleichen Frequenz im wesentlichen nur in Richtung einer Linie, die die auf den vibrierenden Spiegel auffallenden Strahlen unterteilt, und eine Vorrichtung, die die Bewegung aller vibrierenden Spiegel in Phase bringt, damit eine konstante primäre Laserstrahlpfadlänge aufrechterhalten wird, wenn die vibrierenden Spiegel versetzt werden.a device (44) for converting at least two mirrors into an oscillation mode with substantially the same frequency only in the direction of a line dividing the rays incident on the vibrating mirror, and a device that phases the movement of all vibrating mirrors so as to have a constant primary laser beam path length is maintained when the vibrating mirrors are displaced. 8. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 1 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Translationsvibration bzw. -oszillation eines jeden i-ten Spiegels aus einer neutralen Position in der Größenordnung von8. Ring laser gyroscope according to claim 1 or 7 »characterized in that that the magnitude of the translational vibration of each i-th mirror from a neutral position on the order of 4 ir sin ÖT4 ir sin ÖT ist,is, wobei λ die Wellenlänge des Laserlichtstrahles und 0. gleich dem Auftreffwinkel der Lichtstrahlen auf' den i-ten Spiegel relativ zur Senkrechten von dem Spiegel an der Auftreffstelle ist, sowie ß ein Argument der Bessel'sehen iunktion der ersten Art der Nullordnung ist, die die iunktion J ( β ) auf Null zurückführt. where λ is the wavelength of the laser light beam and 0. is the angle of incidence of the light rays on the i-th mirror relative to the perpendicular to the mirror at the point of incidence, and ß is an argument of the Bessel's view of the first type of zero order, which is the function J ( β ) returns to zero. 9- Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Translationsvibration eines jeden i-ten Spiegels aus einer neutralen Position in der Größenordnung von9-ring laser gyroscope according to claim 8, characterized in that that the magnitude of the translational vibration of each i-th mirror from a neutral position on the order of ish' ish ' X CX)PY X CX) PY 11.5.1983 W/He "' -#- L/p 11.140May 11, 1983 W / He "' - # - L / p 11.140 wobei λ die Wellenlänge des Laserlichtstrahles und Θ- gleich dem Auftreffwinkel der Lichtstrahlen auf den i-ten Spiegel relativ zur Senkrechten von dem Spiegel an der Auftreffstelle ist.where λ is the wavelength of the laser light beam and Θ- equals relative to the angle of incidence of the light rays on the i-th mirror to the perpendicular from the mirror at the point of impact. 10. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Vibration im wesentlichen sinusförmig verläuft.10. Ring laser gyroscope according to claim 9> characterized in that the vibration is essentially sinusoidal. 11. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß alle trigonometrischen lOurier-Komponenten der Vibration in gleicher Weise wie die Grundkomponente in Phase gebracht sind.11. Ring laser gyroscope according to claim 7> characterized in that that all trigonometric lOurier components of vibration are in in the same way as the basic component are brought into phase. 12. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die vibrierenden Spiegel in einer offenen Schleife vibrieren. 12. Ring laser gyroscope according to claim 7> characterized in that the vibrating mirrors vibrate in an open loop. 13- Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Spiegel im Servobetrieb mit geschlossener Schleife arbeiten, um ihre Amplitude und Phasenlage zu steuern.13 ring laser gyroscope according to claim 7, characterized in that that all mirrors operate in closed loop servo mode to control their amplitude and phasing. 14. Ringlaser-Gyroskop nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenlagen der η vibrierenden Spiegel eines verallgemeinerten geschlossenen Laserpfades miteinander durch 2 Y/n Radianten miteinander in Beziehung stehen, und daß die Amplituden χ der Verschiebungen der vibrierenden Spiegel gegeben sind durch14. Ring laser gyroscope according to claim 7 »characterized in that the phase positions of the η vibrating mirror of a generalized closed laser path are related to each other by 2 Y / n radians, and that the amplitudes χ of the displacements of the vibrating mirror are given by ßm λßm λ 4 ir Sin ΘΓ4 ir Sin ΘΓ sin ω tsin ω t wobei ßm ein Wert des Argumentes der Fullor-dnungs-Besselfunktion der ersten Art ist, J (ß m) =0 für m = 1, 2, 3····» ^ der Auftreffwinkel am i-ten vibrierenden Spiegel, und <<J die Zitterwinkelfrequenz ist, die im Vergleich zu typischen Synchronisierfrequenzen des Lasers groß ist.where ßm is a value of the argument of the Fullor-dnungs-Bessel function of the first kind is, J (ß m) = 0 for m = 1, 2, 3 ···· »^ der Angle of incidence at the i-th vibrating mirror, and << J is the tremor angular frequency which is large compared to typical laser synchronization frequencies.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4010170A1 (en) * 1989-03-30 1990-10-04 Teldix Gmbh Laser gyro superposition and reading arrangement - has optical block with resonator enclosed by three mirrors reducing cost and size

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DE2749157A1 (en) * 1976-11-08 1978-05-11 Litton Systems Inc RING LASER GYROSCOPE
DE3222444A1 (en) * 1981-06-15 1982-12-30 The Singer Co., 06904 Stamford, Conn. METHOD FOR PREVENTING THE LOCK-IN EFFECT IN RING LASERS AND APPROPRIATELY TRAINED RING LASERS

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