DE3409152A1

DE3409152A1 - Schaltung zur bahnlaengensteuerung bei ringlaserkreiseln mit drei eingangsachsen

Info

Publication number: DE3409152A1
Application number: DE19843409152
Authority: DE
Inventors: Bo Hans Gunnar Wayne N.J. Ljung
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1983-03-17
Filing date: 1984-03-13
Publication date: 1984-09-20
Also published as: AU561846B2; SE8401425D0; JPS59175179A; FR2542867B1; IL70168A; GB2137013B; NO834875L; US4585346A; CA1198916A; GB8405397D0; IT8420013A0; SE8401425L; SE451766B; IT1173819B; GB2137013A; FR2542867A1; AU2082883A

Description

Schaltung zur Bahnlängensteuerung bei Hinglaserkreiseln mit drei Eingangsachsen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Bahnlängensteuerung bei Ringlaserkreiseln mit drei zueinander senkrechten, sich in einem Punkt schneidenden Eingangsachsen und je Eingangsachse zwei in einem stimulierbaren Gas erzeugten Laserstrahlen, welche sich in einer zur Eingangsachse senkrechten Ebene entlang einer geschlossenen optischen Bahn in einander entgegengesetzten Richtungen fortpflanzen, wobei auf jeder Eingangsachse ein beweglicher und ein stationärer Spiegel in demselben Abstand vom Schnittpunkt der Eingangsachsen angeordnet ist und die geschlossene optische Bahn der beiden Laserstrahlen jeder Eingangsachse durch die beiden Spiegelpaare auf den beiden anderen Eingangsachsen definiert ist.

Derartige Einglaserkreisel wurden bereits vorgeschlagen (DE-OS 33 13 4-34-)· Sie weisen einen würfelförmigen Körper mit sechs Spiegeln auf, welche jeweils in der Putte einer Würfelseitenfläche angeordnet und durch Bohrungen des Körpers miteinander verbunden sind, und zwar jeder Spiegel mit den vier benachbarten Spiegeln, so daß sich drei viereckige Hohlräume ergeben, welche in drei zueinander senkrechten Ebenen des Körpers liegen und ein stimulierbares Gas enthalten. Der würfelförmige Körper weist weiterhin einen zu einer Würfeldiagonalen koaxialen und mit stimulierbarem Gas gefüllten Kanal auf, welcher an mindestens einem Ende mit einer am Körper befestigten, nach außen abstehenden Kathode versehen und über kürzere, ebenfalls mit stimulierbarem Gas gefüllte Kanäle im Körper mit jedem der drei viereckigen Hohlräume verbunden ist, so daß elektrische Energie von der Kathode bzw. den Kathoden zu Anoden gelangen kann, welche am würfelförmigen Körper vorgesehen sind, und zwar sind jedem viereckigen Hohlraum mehrere Anoden zugeordnet. In jedem viereckigen Hohlraum werden

zwei Laserstrahlen erzeugt, welche sich entlang derjenigen geschlossenen optischen Bahn in einander entgegengesetzten Richtungen fortpflanzen, die durch die vier Spiegel an den vier Ecken des Hohlraums definiert ist. Von den insgesamt sechs Spiegeln sind drei stationär und drei "beweglich, wobei die drei stationären Spiegel als Ausgangsspiegel und die drei beweglichen Spiegel zur Einstellung der Bahnlängen der drei geschlossenen optischen Bahnen dienen. Der würfelförmige Körper ist federnd aufgehängt, um zur Vermeidung des bekannten "Lockin-Effekts" in Zitterbewegungen bzw. Drehschwingungen versetzt werden zu können.

Es ist bekannt, zur Bahnlängensteuerung bei einfachen Ringlaserkreiseln mit nur einer Eingangsachse ein piezoelektrisches Stellglied zu verwenden (US-PS 4 160 184). Auch sind Schaltungen zur Bahnlängensteuerung bei solchen Ringlaserkreiseln bekannt (US-PS 4 267 478 sowie 4 320 974). Um Drehungen im Inertialraum um drei zueinander senkrechte Bezugsachsen zu erfassen, müssen drei solche einachsige Ringlaserkreisel mit zueinander senkrechter Orientierung der drei EingangSachsen verwendet werden, welche jeweils drei eigene Spiegel und eine eigene Schaltung zur Bahnlängensteuerung aufweisen, so daß also drei gesonderte derartige Schaltungen vorhanden sind, welche jeweils nur die Bahnlänge der geschlossenen optischen Bahn des zugehörigen Ringlaserkreisels überwachen und verändern, die durch dessen drei Spiegel definiert ist. Bei Verwendung der bekannten Schaltungen zur Bahnlängensteuerung in Verbindung mit den erwähnten dreiachsigen Ringlaserkreiseln (DE-OS 33 13 434) würde jede Bahnlängenänderung bei einer geschlossenen optischen Bahn zugleich die Bahnlängen bei den anderen beiden geschlossenen optischen Bahnen verändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Bahnlängensteuerung bei Ringlaserkreiseln der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, welche al-

len drei beweglichen Spiegeln derselben zugeordnet ist, dennoch aber die Einstellung der Bahnlänge Jeder der drei geschlossenen optischen Bahnen derselben erlaubt, ohne dabei die Bahnlängen der anderen beiden geschlossenen optischen Bahnen zu verändern. 5

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltung zur Bahnlängensteuerung sind in den restlichen Patentansprüchen gekennzeichnet. 10

Nachstehend ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung zur Bahnlängensteuerung anhand von Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigt:

Fig· 1 schematisch eine perspektivische Darstellung eines

dreiachsigen Ringlaserkreisels;

Pig. 2 schematisch eine perspektivische Explosionsdarstellung des Ringlaserkreisels gemäß Hg. 1, wobei auch die Anoden sowie Kathoden und die Aufhängung veran

schaulicht sind;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Bahnlängensteuerung bei dem Ringlaserkreisel gemäß Fig. 1 und 2; und

Fig. 4- ein detaillierteres Blockschaltbild eines Teils der Schaltung gemäß Fig. 3.

Der in Fig. 1 dargestellte monolithische Ringlaserkreisel y\ mit drei zueinander senkrechten, sich in einem Punkt schneidenden Eingangsachsen X, Y, Z weist einen würfelförmigen Körper auf, an dem außen sechs Spiegel 1 bis 6 vorgesehen sind, und zwar jeweils in der Mitte einer der sechs Würfelseitenflächen. In dem Körper sind zwölf Bohrungen geringen Durchmes-

sers ausgebildet, welche jeweils zwei einander benachbarte Spiegel 1 und 5 bzw. 5 und 3 bzw. 3 und 6 bzw. 6 und 1 bzw. 2 und 5 bzw. 5 und 4- bzw. 4 und 6 bzw. 6 und 2 bzw. 1 und 2 bzw. 2 und 3 bzw. 3 und 4- bzw. 4 und 1 miteinander verbinden, so daß sich im Körper drei jeweils in einer Ebene liegende viereckige Hohlräume mit vier Spiegeln 1, 5» 3» 6 bzw. 2, 5i 4, 6 bzw. 1, 2, 3, ^ an den Ecken ergeben, deren drei Ebenen senkrecht zueinander orientiert sind.

Die viereckigen Hohlräume sind mit einem Helium/Feon-Gasgemisch gefüllt, welches bei elektrischer Erregung Laserstrahlen zustande kommen läßt. In jedem viereckigen Hohlraum werden zwei Laserstrahlen erzeugt, welche sich in einander entgegengesetzten Richtungen entlang derjenigen geschlossenen optischen Bahn fortpflanzen, die durch die zugehörigen vier Spiegel 1, 5, 3, 6 bzw. 2, 5, 4-, 6 bzw. 1, 2, 3, 4 definiert ist, so daß jegliche Drehung des würfelförmigen Körpers im Inertialraum um die zur Ebene der betreffenden geschlossenen optischen Bahn senkrechte Bezugsachse X bzw. Y bzw. Z eine entsprechende Frequenzdifferenz der beiden Laserstrahlen zur Folge hat.

Es liegen also sozusagen drei einachsige Ringlaserkreisel mit zueinander senkrechten, sich in einem Punkt schneidenden Eingangsachsen X, Y, Z vor, denen jeweils vier Spiegel 1, 5, 3, bzw. 2, 5» 4-, 6 bzw. 1, 2, 3* 4- zugeordnet sind, wobei jeder Spiegel 1 bzw. 2 bzw. 3 bzw. A- bzw. 5 bzw. 6 zu zwei einachsigen Ringlaserkreiseln gehört.

Um den "Lock-in-Effekt" zu vermeiden, wird der würfelförmige Körper gemäß Fig. 1 in Zitterbewegungen bzw. Drehschwingungen versetzt, und zwar um eine auf alle drei geschlossenen optischen Bahnen der drei einachsigen Ringlaserkreisel gleichmäßig verteilte Achse, nämlich die Würfeldiagonale 7, 8 gemäß Fig. 1, so daß jeder einachsige Ringlaserkreisel einen zur Vermeidung

des "Lock-in-Effekts" ausreichend großen Teil der Zitterbewegungen bzw. Drehschwingungen um die Würfeldiagonale 7i 8 erfaßt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Körper dazu mittels zweier Drehschwingfedern 10 und 11 aufgehängt, welche einen piezoelektrischen Sensor und Motor aufweisen, der mit einem Servoverstärker verbunden ist.

Wie weiterhin aus Fig. 2 hervorgeht, ist in den würfelförmigen Körper gemäß Fig. 1 ein Kanal 12 gebohrt, welcher koaxial zur Würfeldiagonalen 7» 8 verläuft. An den beiden Enden des Kanals 12 sind außen am Körper zwei Kathoden 13 und 14- befestigt. Jede Drehschwingfeder 10 bzw. 11 weist eine mittlere zylindrische Nabe 10a bzw. 11a zur Anbringung am würfelförmigen Körper bzw. zur Aufnahme der damit verbundenen Kathode 15 bzw. 14 auf. Die äußeren Ringflansche der Drehschwingfedern 10 und 11 stehen still, während der würfelförmige Körper in Zitterbewegungen bzw. Drehschwingungen versetzt wird.

Kürzere Kanäle 15, 16, I? im würfelförmigen Körper verbinden den Kanal 12 sowie die Kathoden 13 und 14 mit jedem der drei viereckigen Hohlräume im Körper. Das in letzteren enthaltene Helium/Neon-Gasgemisch ist auch in den vier Kanälen 12, I5» 16, 17 vorhanden. In Fig. 2 veranschaulichen Doppellinien die bezüglich der kürzeren Kanäle 15, 16, 17 symmetrischen Plasmabahnen.

Weiterhin weist der monolithische Einglaserkreisel 31 mit den drei zueinander senkrechten, sich in einem Punkt schneidenden Eingangs achsen X, Y, Z sechs Anoden 18 bis 23 auf, weiche vorzugsweise in denjenigen Abschnitten der drei jeweils durch die vier Spiegel 1, 5, 3, 6 bzw. 2, 5, 4, 6 bzw. 1, 2, 3, 4 definierten geschlossenen optischen Bahnen für die drei jeweils in dem in einer zur Eingangsachse X bzw. Y bzw. Z senkrechten Ebene liegenden viereckigen Hohlraum des würfelförmigen Körpers erzeugten Paare sich entgegengesetzt zueinander fortpflanzender

Laserstrahlen angeordnet sind, die bezüglich der Kathoden 13 sowie 14 und der Lasermodengestalt symmetrisch sind, da andernfalls die durch den Langmuir-i'luß induzierte Vorspannung nicht abgeglichen werden kann. Dieser Forderung kommt auch die Verwendung von sechs Spiegeln 1 bis 6 mit demselben Radius entgegen. Der Plasmastrom in jedem viereckigen Hohlraum kann individuell dadurch eingestellt werden, daß man die Spannungsniveaus an den Anoden 18 bis 23 entsprechend einstellt.

Im Betrieb muß die Bahnlänge der geschlossenen optischen Bahn jedes der drei Laserstrahlpaare des Ringlaserkreisels 31 gemäß Pig. 1 und 2 unabhängig von äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Temperaturänderungen und Beschleunigungen, konstant gehalten werden. Dazu ist die Schaltung 32 zur Bahnlängensteuerung gemäß Fig. 3 und 4 vorgesehen, welche an die sechs Spiegel 1 bis 6 angeschlossen ist. Es sind drei stationäre Spiegel 1, 4, 6 vorgesehen, welche Ausgangsspiegel zur Erfassung der Irequenzdifferenzen der sich in einander entgegengesetzten Richtungen fortpflanzenden Laserstrahlen darstellen, ferner drei flexible oder bewegliche Spiegel 2, 3, 5i welche als Bahnlangensteuerumsetzer ausgebildet sind und mit Hilfe der Schaltung 32 automatisch eingestellt werden, um die Bahnlängen der drei geschlossenen optischen Bahnen des Ringlaserkreisels y\ konstant zu halten. Auf jeder Bezugsachse bzw. Eingangsachse X bzw. Y bzw. Z desselben ist ein beweglicher Spiegel 2 bzw. 3 bzw. 5 und ein stationärer Spiegel 4 bzw. 1 bzw. 6 angeordnet, wobei die beiden Spiegel 2 und 4 bzw. 3 und 1 bzw. 5 und 6 in demselben Abstand vom gemeinsamen Schnittpunkt der zueinander senkrechten Eingangsachsen X, Y, Z liegen.

Wie erwähnt, setzt sich der dreiachsige, monolithische Ringlaserkreisel 31 sozusagen aus drei einachsigen Ringlaserkreiseln 101, 102, 103 zusammen, welche jeweils der Eingangsachse Y bzw. X bzw. Z und demjenigen viereckigen Hohlraum im würfel-

förmigen Körper gemäß Hg. 1 und 2 zugeordnet sind, welcher in der zu dieser Eingangsachse Y bzw. X bzw. Z senkrechten Ebene liegt und an den Ecken mit den vier Spiegeln 2, 5» 4-, 6 bzw. 1, 5» 3, 6 bzw. 1, 2, 3» 4 versehen ist, so daß zu jedem einachsigen Ringlaserkreisel 101 bzw. 102 bzw. 103 die geschlossene optische Bahn 2, 5> 4-, 6 bzw. 1, 5, 3_T 6 bzw. 1, 2, 3, 4 gehört.

Gemäß Fig. 3 weist die Schaltung 32 zur Bahnlängensteuerung eine Detektorgruppe 105, eine Eingangsmatrixnetzwerkgruppe 106 und eine Hochspannungsverstärkergruppe 107 auf.

Die Detektorgruppe 105 besteht aus drei Leistungsdetektoren 201, 202, 203, welche eingangsseitig jeweils mit einem der drei stationären Spiegel 1, 4, 6 der drei einachsigen Einglaserkreisel 101, 102, 103 verbunden sind, drei Demodulatoren 204, 205, 206, weiche eingangsseitig jeweils mit dem Leistungsdetektor 201 bzw. 202 bzw. 203 verbunden sind, drei Oszillatoren 207, 208, 209, welche ausgangsseitig jeweils mit dem Demodulator 204 bzw. 205 bzw. 206 verbunden sind, drei Integratoren 210, 211, 212, welche eingangsseitig jeweils mit dem Demodulator 204 bzw. 205 bzw. 206 verbunden sind, und drei Summierpunkten 213, 214, 215, welche über je eine Ausgangsleitung 216 bzw. 217 bzw. 218 mit der Eingangsmatrixnetzwerkgruppe 106 sowie eingangsseitig jeweils mit dem Integrator 210 bzw. 211 bzw. 212 und über einen Kondensator 219 bzw. 220 bzw. 221 mit dem Ausgang des Oszillators 207 bzw. 208 bzw. 209 verbunden sind. Die drei einachsigen Ringlaserkreisel 101, 102, 103 sind also jeweils über den zugleich einen Strahlenkombinator darstellenden Leistungsdetektor 201 bzw. 202 bzw. 203, den Demodulator 204 bzw. 205 bzw. 206 und den Integrator 210 bzw. 211 bzw. 212, welche in Reihe liegen, mit dem Summierpunkt 213 bzw. 214 bzw. 215 verbunden.

Die Eingangsmatrixnetzwerkgruppe 106 besteht aus drei Eingangsmatrixnetzwerken 313, 314-, 315, welche je eine Ausgangsleitung 316 "bzw. 317 bzw. 318 aufweisen und damit an die Hochspannungsverstärkergruppe 107 angeschlossen sind.

Die Hochspannungsverstärkergruppe I07 besteht aus drei Hochspannungsverstärkern 413, 4-14, 415 mit je einer Ausgangsleitung 416 bzw. 417 bzw. 418, welche jeweils eingangsseitig an die Ausgangsleitung 3I6 bzw. 317 bzw. 3I8 des Eingangsmatrixnetzwerke 313 bzw. 314 bzw. 315 und mit der Ausgangsleitung 416 bzw. 417 bzw. 418 an den beweglichen Spiegel 2 bzw. 3 bzw. 5 des Einglaserkreisels 31 angeschlossen sind, und zwar an das Gehäuse 513 bzw. 514 bzw. 515 des beweglichen Spiegels 2 bzw. 3 bzw. 5» welches ein nicht dargestelltes Stellglied aufweist und gemäß US-PS 4 160 184 sowie 4 267 478 aufgebaut ist.

Wie in Fig. 3 mit gestrichelten Linien veranschaulicht, hat der bewegliche Spiegel 2 einen Kopplungseffekt 516 bezüglich der geschlossenen optischen Bahn 2, 5? 4, 6 des einachsigen Einglaserkreisels 101 und einen Kopplungseffekt 519 bezüglich der geschlossenen optischen Bahn 1, 2, 3» 4 des einachsigen Einglaserkreisels 103, der bewegliche Spiegel 3 einen Kopplungseffekt 517 bezüglich der geschlossenen optischen Bahn 1, 5* 3, 6 des einachsigen Einglaserkreisels 102 und einen Kopplungseffekt 520 bezüglich der geschlossenen optischen Bahn 1, 2, 3, 4 des einachsigen Einglaserkreisels 103 und der bewegliche Spiegel 5 einen Kopplungseffekt 5I8 bezüglich der geschlossenen optischen Bahn 2, 5* 4, 6 des einachsigen Einglaserkreisels 101 und einem Kopplungseffekt 521 bezüglich der geschlossenen optischen Bahn 1, 5» 3» 6 des einachsigen Einglaserkreisels 102, was bei der Verstellung der beweglichen Spiegel 2, 3» 5 zur Einstellung der Bahnlänge der geschlossenen optischen Bahn 2, 5» 4, 6 bzw. 1, 5i 3, 6 bzw. 1, 2, 3, 4 jedes einachsigen Einglaserkreisels 101 bzw. 102 bzw. I03 derart, daß die Bahnlängen dieser drei geschlossenen optischen

Bahnen im Betrieb jeweils konstant bleiben, ausgenutzt wird.

Wenn beispielsweise die Bahnlänge der geschlossenen optischen Bahn 2, 5, 4-, 6 des einachsigen Ringlaserkreisels 101 verkürzt werden muß, dann gelangt ein entsprechendes Signal vom Ringlaserkreisel 101 über den Leistungsdetektor 201, den Demodulator 204, den Integrator 210, den Summierpunkt 213 und die Ausgangsleitung 216 zur Eingangsmatrixnetzwerkgruppe 106, um am Eingangsmatrixnetzwerk 314- ein positives Signal und an den beiden Eingangsmatrixnetzwerken 313 und 315 jeweils ein negatives Signal zu liefern. Dieses hat zur Folge, daß beim einachsigen Ringlaserkreisel 101 zwei negative Kopplungseffekte 516, 518 und bei den beiden einachsigen Ringlaserkreiseln 102, 103 jeweils ein positiver Kopplungseffekt 517 bzw. 520 sowie ein negativer Kopplungseffekt 521 bzw. 519, welche sich gegenseitig aufheben, wirksam werden und nur beim einachsigen Ringlaserkreisel 101 im Ergebnis eine negative Wirkung gegeben ist, so daß nur die geschlossene optische Bahn 2, 5* 4-, 6 des einachsigen Ringlaserkreisels 101 verkürzt wird, während die Bahnlänge der geschlossenen optischen Bahn 1, 5, 3, 6 des einachsigen Ringlaserkreisels 102 und die Bahnlänge der geschlossenen optischen Bahn 1, 2, 3» 4- des einachsigen Ringlaserkreisels 103 nicht geändert werden.

Gemäß Pig. 4· weist das Eingangsmatrixnetzwerk 313 fünf identische Widerstände R1 bis R5 sowie einen Operationsverstärker 319 mit einem negativen Eingang 320, einem positiven Eingang 321 und einem Ausgang 322 auf, an welchen die Ausgangsleitung 3I6 angeschlossen ist. Der negative Eingang 320 ist über den Widerstand R1 mit der Ausgangsleitung 216 des Summierpunktes 213 verbunden, ferner über den Widerstand R2 mit der Ausgangsleitung 218 des Summierpunktes 215- Der positive Eingang 321 ist über den Widerstand R3 mit der Ausgangsleitung 217 des Summierpunktes 214- verbunden. Weiterhin ist der negative Eingang 320 über den Widerstand R4· mit dem Ausgang

322 des Operationsverstärkers 319 verbunden, der positive Eingang 321 über den Widerstand R5 mit Masse 323. Die anderen beiden Eingangsmatrixnetzwerke 314- und 315 sind jeweils mit dem Eingangsmatrixnetzwerk 313 identisch, so daß die Schaltung 32 gemäß Pig. 3 also drei identische Operationsverstärker 319 sowie drei identische Sätze von Widerständen R1 bis R5 aufweist.

Die Schaltung 32 zur Bahnlängensteuerung funktioniert unter Ausnutzung der auf der geschilderten Geometrie des monolithischen Einglaserkreisels 31 mit den drei zueinander senkrechten, sich in einem Punkt schneidenden Eingangsachsen X, I, Z beruhenden, in Fig. 3 veranschaulichten Kopplung im wesentlichen folgendermaßen. Wenn beispielsweise der bewegliche Spiegel 2 einwärts gedrückt wird, dann werden die beiden geschlossenen optischen Bahnen 2, 5, t·, 6 und 1, 2, 3, 4, welche beide den beweglichen Spiegel 2 enthalten, verkürzt. Die Leistung in jeder geschlossenen optischen Bahn wird mit Hilfe der Le istungsdetektoren 201, 202, 203 erfaßt, welche jeweils aus einem PIN-IOtodetektor mit Vorverstärker bestehen, der so angebracht ist, daß ein Teil des Lichtes im Ringlaserkreiselinneren, der durch einen Spiegel hindurch austritt, auf die Diode auftrifft. Die Ausgangssignale der Leistungsdetektoren 201, 202, 203 werden durch die Demodulatoren 204, 205, 206 demoduliert, welche von den Oszillatoren 207, 208, 209 getrieben werden, jedoch statt dessen auch von nur einem gemeinsamen Oszillator getrieben werden können. Die Ausgangssignale der Demodulatoren 2CW-, 205, 206 werden in den Integratoren 210, 211, 212 integriert. Deren Ausgangssignale werden in den Summierpunkten 213, 214, 215 niit den Wechselspannungsausgangssignalen der Oszillatoren 207, 208, 209 summiert, welche beispielsweise eine Frequenz zwischen 2000 und 3000 Hz aufweisen. Die Ausgangssignale der Summierpunkte 213, 214, 215, bei denen es sich jeweils um ein Gleichspannungssignal handelt, dem ein kleines Wechselspannungssignal vom Oszillator 207 bzw.

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208 bzw. 209 aufgeprägt ist, werden über die Ausgangsleitungen 216, 217, 218 den Eingangsmatrixnetzwerken 313, 314-, 315 zugeführt, und zwar so, wie in J¹Ig. 3 dargestellt. Deren Ausgangssignale gelangen über die Ausgangsleitungen 3Ί6, 317, 318 zu den Hochspannungsverstärkern 413, 414, 415 und deren Ausgangssignale über die Ausgangsleitungen' 416, 417, 4-18 zu den Bahnlängensteuerumsetzern bzw. beweglichen Spiegeln 2, 3, 5-

Die Schaltung 32 zur Bahnlängensteuerung gemäß Fig. 3 und 4 ermöglicht es, beim monolithischen Ringlaserkreisel 31 gemäß Fig. 1 und 2 mit den drei zueinander senkrechten, sich in einem Punkt schneidenden Eingangsachsen X, Y, Z und den sechs Spiegeln 1 bis 6, welche die drei geschlossenen optischen Bahnen 2, 5, 4·, 6 und 1, 5, 3, 6 und 1, 2, 3, 4 der drei jeweils der Y-Eingangs achse bzw. der X-Eingangsachse bzw. der Z-Eingangsachse zugeordneten einachsigen Ringlaserkreisel 101, 102, 103 definieren, die Bahnlänge jeder geschlossenen optischen Bahn 2, 5, 4, 6 bzw. 1, 5, 3, 6 bzw. 1, 2, 3, 4 zu andern, ohne dabei die Bahnlängen der beiden anderen geschlossenen optisehen Bahnen 1, 5, 3, 6 und 1, 2, 3, 4 bzw. 2, 5, 4, 6 und 1, 2, 3, 4· bzw. 2, 5, 4-, 6 und 1, 5, 3, 6 zu ändern. Darüberhinaus läßt sich die Eingangsmatrixnetzwerkgruppe 106 der Schaltung 32 sehr einfach herstellen, da sie aus drei identischen Bauteilsätzen besteht.

Claims

PATENTANWALT
DIPL. ING. WOLF D. OEDEKOVEN

1 3. HRZ. 1904

THE SINGER COMPANY, Stamford, Connecticut 06904, USA

Patentansprüche

Schaltung zur Bahnlängensteuerung bei Ringlaserkreiseln mit drei zueinander senkrechten, sich in einem Punkt schneidenden Eingangsachsen und je Eingangsachse zwei in einem stimulierbaren Gas erzeugten Laserstrahlen, welche sich in einer zur Eingangsachse senkrechten Ebene entlang einer geschlossenen optischen Bahn in einander entgegengesetzten Richtungen fortpflanzen, wobei auf jeder Eingangsachse ein beweglicher und ein stationärer Spiegel in demselben Abstand vom Schnittpunkt der Eingangsachen angeordnet ist und die geschlossene optische Bahn der beiden Laserstrahlen jeder Eingangsachse durch die beiden Spiegelpaare auf den beiden anderen Eingangsachsen definiert ist, gekennzeichnet durch

a) eine Detektorgruppe (105), welche mit den drei stationären Spiegeln (1; 4; 6) zur Bestimmung der Intensitätsmodulation der beiden Laserstrahlen jeder Eingangsachse (X bzw. Y bzw. Z) verbunden ist, die der Abweichung der geschlossenen optischen Bahn (1, 5, 3, 6 bzw. 2, 5, 4, 6 bzw. 1, 2, 3, 4) derselben von der durch die Mitte der atomaren Übergangsfrequenz bestimmten Bahnlänge entspricht, und

b) eine Eingangsmätrixnetzwerkgruppe (106), welche mit den drei beweglichen Spiegeln (2; 3; 5) zur Verstellung derselben verbunden ist, wobei

c) die Detektorgruppe (105) und die Eingangsmatrixnetzwerkgruppe (106) zum Konstanthalten der Bahnlängen der drei geschlossenen optischen Bahnen (1, 5> 3» 6; 2, 5» 4, 6; 1, 2,

3, 4) derart miteinander verbunden sind, daß die Bahnlänge Jeder geschlossenen optischen Bahn (1, 5i 3, 6 "bzw. 2, 5*

4, 6 bzw. 1, 2, 3» 4) ohne Veränderung der Bahnlängender anderen beiden geschlossenen optischen Bahnen (2, 5» 4·, 6 und 1, 2, 3, 4 bzw. 1, 5, 3, 6 und 1, 2, 3, 4 bzw. 1, 5, 3, 6 und 2, 5, 4, 6) einstellbar ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorgruppe (105) aus drei identischen Detektoreinheiten besteht, welche jeweils an einen stationären Spiegel (1 bzw. 4 bzw. 6) angeschlossen sind.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Detektoreinheit einen Leistungsdetektor (201 bzw. 202 bzw. 203), einen Demodulator (204 bzw. 205 "bzw. 206) und einen Integrator (210 bzw. 211 bzw. 212) aufweist, welche in Reihe zwischen dem zugehörigen stationären Spiegel und einem ausgangsseitig mit dem Eingangsmatrixnetzwerk (106) verbundenen Summierpunkt (213 bzw. 214 bzw. 215) liegen, ferner einen Oszillator (207 bzw. 208 bzw. 209), welcher ausgangsseitig an den Demodulator (204 bzw. 205 bzw. 206) und über einen Kondensator (219 bzw. 220 bzw. 221) an den Summierpunkt (213 bzw. 214 bzw. 215) angeschlossen ist.
4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3_? dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsmatrixnetzwerkgrup- pe (106) aus drei identischen Eingangsmatrixnetzwerken (313; 314; 315) besteht, welche jeweils über einen Verstärker (413 bzw. 414 bzw. 415) an einen beweglichen Spiegel (2 bzw. 3 bzw. 5) angeschlossen sind.
5- Schaltung nach Anspruch 4- in Verbindung mit Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Eingangsmatrixnetzwerk (313 "bzw. 314- "bzw. 315) einen ausgangsseitig an den zugehörigen Verstärker (413 bzw. 4-14- bzw. 415), welcher als Hochspannungsverstärker ausgebildet ist, angeschlossenen Operationsverstärker (319) mit einem negativen Eingang (320) und einen positiven Eingang (321) aufweist, welcher über je einen Widerstand (R1 bzw. R2) mit zwei Detektoreinheiten bzw. Summierpunkten (213; 215 bzw. 215; 214- bzw.

214-; 213) bzw. über einen Widerstand (R3) mit der dritten Detektoreinheit bzw. dem dritten Summierpunkt (214 bzw. 213 bzw. 215) verbunden ist, wobei die drei Detektoreinheiten bzw. Summierpunkte (213; 214-; 215) mit den drei Operationsverstärkern (319) derart in Verbindung stehen, daß dann, wenn eine Detektoreinheit bzw. ein Summierpunkt (213 bzw. 214 bzw. 215) ein Ausgangssignal abgibt, die drei beweglichen Spiegel (2; 3; 5) über die Operationsverstärker (319) so verstellt werden, daß nur die Bahnlänge der dieser Detektoreinheit bzw. diesem Summierpunkt (213 bzw. 214- bzw. 215) zugeordneten geschlossenen optischen Bahn (2, 5, 4-, 6 bzw. 1, 5, 3, 6 bzw. 1, 2, 3, 4) sich ändert und die Wirkungen der Spiegelversteilungen sich bei den anderen beiden geschlossenen optischen Bahnen (1, 5, 3, 6; 1, 2, 3, 4- bzw. 2, 5, 4, 6; 1, 2, 3, 4- bzw. 2, 5, 4-, 6; 1, 5* 3i 6) gegenseitig aufheben.
6. Schaltung nach Anspruch 5i dadurch gekennzeich net, daß der negative Eingang (320) und der positive Eingang (321) jedes Operationsverstärkers (319) jeweils über einen weiteren Widerstand (R4· bzw. R5) mit dem Ausgang (322) des Operationsverstärkers (319) bzw. mit Masse (323) verbunden sind.
7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Widerstände (R1; R2; R3 bzw. R1; R2; R3; R4-; R5) jedes Eingangsmatrixnetzwerke (313 bzw. bzw. 315) identisch sind.